Utilizan la superficie de la Tierra para revelar su interior rocoso

Diversas tecnologías de mapeo de superficies, como GPS, radar y el escaneo láser, se utilizan desde hace mucho tiempo para medir las características de la superficie de la Tierra. Ahora, una nueva técnica computacional desarrollada en la Universidad de Texas en Austin permite a los científicos aplicarlas para observar el interior del planeta. Que los geólogos definen como modelado de megaterremotos en zonas de subducción.

Este nuevo concepto, al que investigadores denominan “imágenes de deformación”, proporciona resultados comparables a las imágenes sísmicas, pero ofrece información directa sobre la rigidez de la corteza y el manto del planeta. Esto es esencial para comprender cómo funcionan los terremotos y otros procesos geológicos a gran escala, dijo Simone Puel, quien desarrolló el método para un proyecto de investigación en el Instituto de Geofísica de la Universidad de Texas mientras estudiaba posgrado en la Escuela de Geociencias Jackson de la UT.

“Las propiedades de los materiales como la rigidez son fundamentales para comprender los diferentes procesos que ocurren en una zona de subducción o en la ciencia sísmica en general. Cuando se combina con otras técnicas como la sísmica, la electromagnética o la gravedad, debería ser posible producir un modelo mecánico mucho más completo de un terremoto de una manera que nunca antes se había hecho”, explicó Puel.

Terremoto de Tohoku

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Puel, que en la actualidad es investigador postdoctoral en el Instituto de Tecnología de California, publicó la teoría detrás de su método a principios de este año. Un estudio reciente publicado en junio de este año en Science Advances lo muestra en acción. Utilizó datos de GPS registrados durante el terremoto de Tohoku en Japón en 2011 para obtener imágenes del subsuelo hasta unos 100 kilómetros bajo tierra.

Primicia científica

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La imagen reveló las placas tectónicas y el sistema volcánico debajo de la porción japonesa del Anillo de Fuego del Pacífico, incluida un área de baja rigidez que se cree que es un depósito de magma profundo que alimenta el sistema; es la primera vez que se detecta un depósito de este tipo utilizando únicamente información desde la superficie.

El método se basa en el hecho de que la corteza terrestre es una mezcolanza de material rocoso con diferentes propiedades elásticas. Algunas partes son más flexibles y otras más rígidas. Esto hace que la corteza se contraiga y se expanda de manera desigual. Durante un terremoto, por ejemplo, la Tierra vibra de una manera que refleja de qué está hecha, dejando la superficie deformada de maneras reveladoras.

Modelo en tres dimensiones

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Para convertir esta deformación en una imagen del subsuelo, los investigadores construyeron un modelo informático que trata a la Tierra como si fuera un material elástico simplificado, al tiempo que permite que su fuerza elástica varíe en tres dimensiones. Luego, el modelo calculó la rigidez del subsuelo basándose en cuánto se habían movido los sensores GPS entre sí durante el terremoto. El resultado es una imagen en 3D del interior de la Tierra basada en los cambios en la superficie.

Una ventaja del nuevo método es que puede utilizar mediciones realizadas por satélites. Entre ellas se incluye el próximo satélite NISAR de la NASA, una misión conjunta con la Organización de Investigación Espacial de la India que mapeará todo el planeta en muy alta resolución cada 12 días.

Como simple divulgador, me pregunto si habrá un modelo informático en cuatro dimensiones para observar el interior de la Tierra

Utilizando la nueva técnica, NISAR podría ofrecer información importante sobre algunas de las regiones geológicamente más peligrosas del mundo, dijo el coautor del estudio, Thorsten Becker, profesor de Jackson. Al mapear continuamente la superficie de la Tierra, el satélite permitirá a los científicos rastrear los cambios estructurales en las fallas sísmicas a medida que avanzan en su ciclo sísmico.

El coautor Omar Ghattas, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica Walker de UT y del Instituto Oden de Ingeniería y Ciencias Computacionales de UT, dijo que el nuevo método podría ser un paso importante para construir gemelos digitales de la Tierra. Estos complejos modelos informáticos se mejoran al identificar dónde realizar nuevas observaciones y luego asimilar los datos nuevos.

Como los divulgadores hacemos ‘menos sacrificios y esfuerzos’ que los investigadores, imagino que este mapeo revelará otras características del interior de nuestro planeta… ¡Come on Simone, Thorsten & et al! ¡Será maravilloso!

La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) y el Departamento de Energía de *Estados Unidos. Otros coautores incluyen a Dunyu Liu, geocientífico computacional de la UTIG, y Umberto Villa, científico investigador del Instituto Oden.

• El paper Volcanic arc rigidity variations illuminated by coseismic deformation of the 2011 Tohoku-oki M9 fue publicado en Science Advances. Sus autores son: Simone Puel, Thorsten W. Becker, Umberto Villa, Omar Ghattas & Dunyu Liu.

• El artículo New Imaging Technique Uses Earth’s Warped Surface to Reveal Rocky Interior, fue publicado en el sitio web de la Jackson School of Geosciences de la Universidad de Texas en Austin.