Una modelización innovadora ofrece una visión más clara del interior de la Tierra
Los riesgos naturales —como los terremotos, las erupciones volcánicas, los cambios climáticos a largo plazo y la formación de yacimientos minerales— están directamente influidos por procesos que tienen lugar a decenas o incluso cientos de kilómetros por debajo de la superficie terrestre. Sin embargo, debido a las inmensas profundidades y a las condiciones extremas, los conocimientos sobre el interior de la Tierra se han adquirido normalmente de forma indirecta, sobre todo a partir de la sismología, que es el estudio de los terremotos y de las ondas sísmicas. Sin embargo, las mediciones resultantes pueden ser engañosas, como explica Manuele Faccenda, de la Universidad de Padua (Italia): «Las imágenes tomográficas están contaminadas por artefactos que se confunden con anomalías térmicas y de composición auténticas, lo que lleva a interpretaciones erróneas». Utilizando técnicas de modelización geodinámica y sismológica, el equipo del proyecto NEWTON, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, desarrolló y validó novedosas imágenes sísmicas para comprender mejor la estructura y dinámica internas de la Tierra. Complementada con simulaciones geodinámicas avanzadas, la metodología se aplicó a los bordes convergentes mediterráneo y de Cascadia, lo que aportó más información sobre su compleja estructura subterránea y su evolución tectónica.
Mejora de las simulaciones sismológicas
La tomografía utiliza ondas penetrantes para construir una imagen de una estructura sección por sección. Muchos ámbitos científicos se benefician de este método, entre ellos la geofísica, que realiza mediciones a partir de ondas sísmicas para crear imágenes del interior de la Tierra. Las imágenes sísmicas habituales, que utilizan ondas sísmicas generadas por terremotos naturales, se basan en el supuesto de que el interior de la Tierra es isótropo, es decir, que tiene propiedades físicas localmente constantes, independientemente de la dirección en la que las ondas sísmicas tomen las muestras. Sin embargo, en realidad, las ondas sísmicas sugieren anisotropía, donde la velocidad de las ondas varía en función de su dirección de propagación, lo que hace que las zonas anisótropas del manto terrestre se registren como rápidas o lentas, incluso sin la presencia de anomalías térmicas o de composición. El equipo de NEWTON se propuso tener en cuenta la anisotropía sísmica. Mediante una innovadora técnica de inversión que convierte los datos sísmicos en propiedades físicas de la roca, el modelo tridimensional del proyecto capta la anisotropía sísmica relacionada con el tejido de las rocas del manto. Los tejidos son microestructuras que se crean durante la formación de la roca o, según Faccenda, más frecuentemente durante su deformación. «Como sabemos que los tejidos estructurales de estas rocas del manto se forman principalmente por procesos de deformación, podemos invertir nuestros datos sísmicos para simular la evolución de las rocas. Esto nos permite depurar las anomalías artificiales de velocidad para obtener una visión más precisa del manto», explica Faccenda. Gracias a los datos sísmicos de alta calidad disponibles de los límites tectónicos donde convergen las placas mediterránea y de Cascadia, el equipo de NEWTON aplicó sus métodos a este respecto. «Descubrimos que, si bien los tejidos estructurales y la deformación del manto están más extendidos de lo que se pensaba, en realidad son coherentes con las observaciones geológicas sobre la evolución tectónica de la región. También pudimos demostrar que varias anomalías de velocidad conocidas pero ambiguas eran en realidad solo artefactos», señala Faccenda. La investigación llevada a cabo en el proyecto también contribuyó a zanjar un antiguo debate relacionado con la dinámica planetaria y la evolución de la composición, al descubrir que la estratificación de rocas o minerales apenas afectaba al comportamiento mecánico (elástico y viscoso) del manto.
Aplicaciones más amplias en ámbitos económicamente sensibles
A diferencia de la mayoría de las técnicas de inversión existentes, las de NEWTON están disponibles en el paquete de «software» de código abierto ECOMAN y pueden aplicarse en cualquier entorno natural. Por ejemplo, la técnica de NEWTON también puede obtener imágenes tridimensionales de estructuras complejas de la corteza terrestre, lo que antes solo era posible a lo largo del plano vertical u horizontal, lo que permite localizar las fallas y fracturas y, de ese modo, ayuda a optimizar las operaciones mineras y a mejorar la detección de peligros. De hecho, el equipo está utilizando ahora las técnicas para estudiar yacimientos volcánicos, petrolíferos y geotérmicos, que muestran una intensa fracturación en función del tiempo. «Nuestra metodología podría ayudar a vigilar con eficacia yacimientos importantes desde el punto de vista geológico, al proporcionar información crítica sobre su estructura profunda en continua evolución», concluye Faccenda.
Palabras clave
NEWTON, sísmica, onda, terremoto, deformación, manto, tejido, interior de la Tierra, tomografía, anisótropa, isótropo, erupción volcánica, peligro