Los terremotos no solo fracturan la corteza: se encontraron 459 en las profundidades del manto.

Los terremotos se entienden típicamente como fracturas en la corteza del planeta, donde las placas tectónicas se rozan y acumulan tensión hasta que la roca cede. Sin embargo, algunos temblores comienzan mucho más profundo que esas conocidas líneas de falla superficiales. Un nuevo estudio global ha logrado cartografiar una clase rara de seísmos que se originan en el manto debajo de los continentes, una capa que durante mucho tiempo se pensó que era demasiado cálida y maleable (pliable) para fracturarse en absoluto.

Publicado en la prestigiosa revista Science, el estudio presenta el primer catálogo mundial de terremotos continentales de manto, revelando que ocurren en todo el mundo, pero con una marcada agrupación en regiones específicas como el Himalaya y cerca del Estrecho de Bering. Estos eventos son generalmente demasiado profundos para generar un fuerte temblor en la superficie. En lugar de ser una amenaza sísmica directa, ofrecen una perspectiva mucho más clara y profunda de cómo se distribuye la tensión entre la corteza terrestre y el manto inmediatamente inferior.

La sismología, la ciencia que estudia los movimientos sísmicos, se ha centrado históricamente en la corteza, la capa rígida y relativamente fría donde la mayoría de las placas se deslizan y chocan. La existencia de terremotos originados en la capa subyacente obliga a los geofísicos a reevaluar los modelos de resistencia de la roca en condiciones extremas de alta presión y temperatura. Este nuevo mapa global no solo documenta dónde ocurren estos temblores profundos, sino que también sugiere que la rigidez de la litosfera, la capa superior de la Tierra que incluye la corteza y el manto superior, es mucho más variable y compleja de lo que se creía.

“Hasta este estudio, no habíamos tenido una perspectiva global clara sobre cuántos terremotos continentales de manto estaban ocurriendo realmente y dónde”, afirmó el autor principal del estudio, Shiqi (Axel) Wang, en un comunicado de prensa. “Con este nuevo conjunto de datos, podemos empezar a investigar las diversas formas en que se inician estos raros terremotos de manto”.

El significado de este descubrimiento radica en que estos terremotos profundos actúan como "sondas" naturales. Cada uno de estos temblores libera energía que viaja a través del interior de la Tierra, y el análisis de estas ondas permite a los científicos inferir las propiedades físicas de las rocas circundantes. Al estudiar estos eventos de manto, estamos obteniendo información directa sobre el acoplamiento mecánico (la forma en que la corteza y el manto interactúan y transfieren tensiones) a lo largo de la historia geológica de un continente, un conocimiento fundamental para comprender la dinámica global de nuestro planeta.

La Frontera Profunda: El Manto y la Discontinuidad de Mohorovičić

La corteza forma la cáscara exterior de la Tierra, pero es notablemente delgada en comparación con el manto que se encuentra debajo. En las zonas continentales, la corteza tiene un grosor promedio de unos 35 kilómetros, mientras que la capa de roca que se extiende justo por debajo, el manto, alcanza miles de kilómetros de profundidad. La frontera entre estas dos capas, crucial para entender la dinámica planetaria, es conocida como la Discontinuidad de Mohorovičić, o simplemente Moho.

El Moho no es una línea divisoria marcada por un cambio visible en la composición de la roca a simple vista, sino que se define por un cambio brusco y significativo en la velocidad a la que viajan las ondas sísmicas, siendo mucho más rápidas en el manto que en la corteza. Esta diferencia de velocidad refleja un cambio en la densidad y, crucialmente, en la rigidez de los materiales: la corteza está compuesta principalmente por rocas de tipo félsico (silicatos de aluminio), mientras que el manto superior está dominado por rocas ultrabásicas y más densas, como la peridotita.

La gran mayoría de los terremotos continentales que sentimos se originan a unos 10 a 30 kilómetros por debajo de la superficie, dentro de la corteza superior, que es fría, frágil y, por tanto, propensa a fracturarse bajo tensión. El manto, en contraste, es significativamente más caliente, y aunque sigue siendo sólido, se considera mucho más dúctil y capaz de deformarse gradualmente a lo largo del tiempo geológico (flujo plástico) debido a las altas temperaturas y presiones. Esta plasticidad llevó a muchos investigadores a cuestionar si esta capa realmente podría generar terremotos continentales. La fractura sísmica (el comportamiento frágil) se supone que debe limitarse a donde la temperatura no excede los 600 °C, el punto en el que la roca comienza a volverse más plástica.

Que existan terremotos por debajo del Moho, en el manto, desafía directamente esta suposición. Estos eventos de manto, al ocurrir en un entorno supuestamente más dúctil, sugieren que, en ciertas condiciones de estrés o en presencia de otros factores como fluidos o procesos térmicos anómalos, la roca del manto puede mantener un comportamiento frágil.

El Enigma de la Falla Profunda

Comprender la génesis de estos temblores profundos es crucial. Normalmente, la roca del manto se encuentra bajo condiciones que promueven el flujo viscoso. ¿Qué mecanismos están permitiendo que la roca se rompa y libere energía instantáneamente en forma de un terremoto?

“Aunque conocemos a grandes rasgos que los terremotos suelen ocurrir donde la tensión se libera en las líneas de falla, por qué un terremoto dado ocurre donde lo hace, y los mecanismos principales detrás de él, no están bien comprendidos”, explicó Simon Klemperer, autor principal del estudio, en el comunicado de prensa. “Los terremotos de manto ofrecen una forma novedosa de explorar los orígenes de los terremotos y la estructura interna de la Tierra más allá de los terremotos corticales ordinarios”.

Una hipótesis clave se centra en la velocidad de la deformación. Si la tensión se aplica muy rápidamente (tasa de deformación alta), incluso una roca caliente y potencialmente plástica puede no tener tiempo de deformarse gradualmente, obligándola a fracturarse de manera frágil. Otra posibilidad radica en la presencia de agua o fluidos volátiles atrapados. Las altas presiones pueden forzar estos fluidos en los cristales minerales del manto. Este proceso, conocido como debilitamiento por hidratación, reduce la resistencia a la fricción de las rocas, facilitando la nucleación de fallas y, por ende, el inicio de un terremoto en capas que de otra forma serían silenciosas.

Durante la última década, la evidencia ha demostrado que algunos terremotos se originan por debajo del Moho, incluso fuera de las zonas de subducción (donde una placa se desliza bajo otra, llevando roca fría a profundidades extremas). Lo que faltaba era una metodología confiable para identificarlos de manera sistemática y a escala global. El catálogo creado por Wang y su equipo no solo confirma su existencia, sino que también ofrece las herramientas para estudiar los procesos geodinámicos que impulsan estos seísmos anómalos.

Descifrando las Ondas Sísmicas: La Clave para Identificar Temblor en el Manto

Para distinguir los terremotos de manto de sus contrapartes corticales, el equipo de investigación analizó meticulosamente cómo las ondas sísmicas se mueven a través de las diferentes capas de la Tierra. Un terremoto es, fundamentalmente, una liberación de energía en forma de ondas. Cuando ocurre una ruptura, el planeta vibra, enviando ondas de cuerpo (P y S) y ondas de superficie. El secreto para mapear la profundidad del origen reside en el comportamiento de dos fases específicas de ondas de cuerpo y ondas guiadas: las ondas Sn y las ondas Lg.

Las ondas Lg son ondas sísmicas de fase que se mueven de manera muy eficiente a través de la corteza, quedando atrapadas dentro de esta capa como si fuera un canal o una guía de onda. Cuando un terremoto ocurre en la corteza, genera una señal Lg muy fuerte. Por el contrario, las ondas Sn son ondas de corte (tipo S) que viajan a través del manto superior.

La diferencia crucial está en su propagación. Las ondas Lg requieren una interfaz rígida (el Moho) para ser confinadas a la corteza. Si un terremoto se origina por debajo del Moho, la eficiencia de la onda Lg disminuye drásticamente, ya que el punto de ruptura no está dentro de su canal guía. En ese caso, la onda Sn (que viaja por el manto) será más prominente.

El método utilizado por Wang y sus colegas consistió en comparar la fuerza relativa, o amplitud, entre las ondas Sn y las ondas Lg registradas en sismómetros distantes. Si la amplitud de la onda Sn es significativamente mayor que la de la onda Lg para un seísmo determinado, esto revela que la ruptura comenzó por debajo del Moho, en la capa superior del manto.

“Nuestro enfoque es un completo punto de inflexión porque ahora puedes identificar un terremoto de manto puramente basándote en las formas de onda de los terremotos”, afirmó Wang. Este método elimina la dependencia de modelos geológicos complejos previos para estimar la profundidad, que a menudo son imprecisos en regiones remotas.

El Catálogo Global: Una Nueva Cartografía de la Tierra Profunda

Utilizando registros sísmicos globales que se remontan a 1990, los investigadores examinaron más de 46.000 terremotos continentales que cumplían ciertos criterios de magnitud y ubicación. Después de aplicar su técnica de análisis de ondas Sn/Lg y ajustar los resultados según el grosor cortical local, el equipo identificó 459 terremotos continentales de manto. Este proceso minucioso produjo la imagen global más clara y confiable hasta la fecha sobre esta clase de eventos.

La precisión de esta metodología es un avance monumental para la sismología. Anteriormente, la identificación de terremotos de manto se basaba en la localización precisa de la profundidad focal, que requiere una red densa de sismómetros cercana al epicentro, algo que a menudo es imposible en vastas áreas continentales, como los desiertos o las grandes cordilleras. Al depender de las características de propagación de las ondas sísmicas a través de las capas de la Tierra, el equipo pudo utilizar datos de estaciones sísmicas mucho más distantes.

Los resultados no solo demostraron que los terremotos de manto son reales, sino que también permitieron a los científicos categorizar y estudiar los entornos geológicos específicos donde se manifiestan. El catálogo ofrece a la comunidad científica una base de datos fundamental para explorar las anomalías termodinámicas y mecánicas que deben existir en el manto superior para que la fractura sea posible, abriendo nuevas vías de investigación sobre la reología (el estudio del flujo) de la litosfera profunda.

Implicaciones Tectónicas: Repensando el Interior del Planeta

Los eventos recién cartografiados no están distribuidos de manera uniforme a lo largo de los continentes. La existencia de importantes cúmulos en el Himalaya y cerca del Estrecho de Bering sugiere que la estructura profunda y la historia tectónica de una región influyen poderosamente en dónde ocurren los terremotos de manto.

En el caso del Himalaya, la concentración de actividad sísmica profunda tiene sentido dentro del contexto de una colisión continental masiva. Esta es la región donde la placa india se empuja bajo la placa euroasiática. La fuerza de esta colisión no solo levanta la cordillera más alta del mundo, sino que también crea una raíz cortical inusualmente gruesa y fría. Esta raíz profunda extiende la zona de fragilidad hacia el manto, lo que permite que las tensiones de compresión extrema se transmitan y liberen a profundidades inusuales. Las fallas de alto ángulo que se extienden a través de la corteza podrían estar penetrando en el manto superior, activando estos sismos profundos.

El caso del Estrecho de Bering y la región adyacente es más complejo. Esta área se encuentra en una zona de interacción entre varias microplacas y el Cinturón de Fuego del Pacífico, donde la subducción es un proceso dominante. Aunque los terremotos muy profundos (más allá de 70 km) son comunes en las zonas de subducción (debido a la placa fría que se hunde), los que se identificaron en el catálogo de Wang son específicamente continentales y ocurren bajo masas de tierra que no están en subducción activa o intensa. Esto sugiere que las tensiones pueden estar relacionadas con el reciclaje de losas tectónicas antiguas dentro del manto, o con una transferencia de tensión lateral desde las zonas oceánicas adyacentes a la corteza continental.

Estos hallazgos obligan a los geofísicos a reconsiderar los modelos de acoplamiento. Si la tensión se acumula y se libera a través de múltiples capas, desde la corteza hasta el manto superior, el concepto de un "ciclo sísmico" debe ampliarse. Tradicionalmente, la predicción de riesgos se centra en las fallas corticales activas. Sin embargo, si el manto superior actúa como un depósito de estrés que interactúa con la corteza superior, es posible que la deformación y la liberación de energía estén inherentemente interconectadas a lo largo de la litosfera.

Hacia un Ciclo Sísmico Interconectado

La expansión de las redes sísmicas, especialmente en regiones remotas como la meseta tibetana, tiene el potencial de revelar aún más. Algunos terremotos de manto pueden estar influenciados por interacciones entre los campos de tensión corticales y los del manto, mientras que otros podrían reflejar procesos impulsados por el calor o la complejísima dinámica del material reciclado dentro del manto. En lugar de confinar los terremotos a la corteza, los hallazgos apuntan a un sistema en el que el estrés abarca múltiples capas.

El entendimiento tradicional de que la Tierra se compone de capas independientes —una corteza frágil sobre un manto plástico— se está erosionando. Las nuevas evidencias sugieren una unidad geomecánica mucho más fluida. Los terremotos de manto actúan como el vínculo perdido entre la tectónica de placas en la superficie y la dinámica del manto profundo.

“Los terremotos continentales de manto podrían ser parte de un ciclo sísmico intrínsecamente interconectado, tanto de la corteza como del manto superior”, concluyó Wang. “Queremos entender cómo estas capas de nuestro mundo funcionan como un sistema completo”.

La cartografía de estos eventos es el primer paso para cuantificar esta interconexión. Al comprender los mecanismos exactos que permiten que la roca del manto se fracture —ya sea a través de la presencia de fluidos, tasas de deformación extremadamente altas, o propiedades térmicas anómalas—, los científicos pueden refinar significativamente los modelos de peligro sísmico y nuestra comprensión fundamental de cómo se deforma la Tierra bajo el peso de sus propios continentes.

Fuentes

https://www.eurekalert.org/news-releases/1115029
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl5382
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2009JB006856