Tonga es un paraíso para los sismólogos, y no solo por las playas de arena blanca. La zona de subducción de la costa este del archipiélago acumula más terremotos de profundidad intermedia y profunda que cualquier otra zona de subducción, donde una placa de la Tierrala litosfera se sumerge debajo de otra, en el planeta.
"Tonga es un lugar tan extremo, y eso lo hace muy revelador", dijo S. Shawn Wei, un sismólogo que obtuvo su doctorado en la Universidad de Washington en St. Louis y ahora es becario postdoctoral en el Instituto de Oceanografía Scripps enSan Diego.
Ese enjambre de terremotos es una trampa para los sismólogos porque todavía no entienden qué causa los terremotos que se producen a tan grandes profundidades.
Por debajo de aproximadamente 40 millas, el enorme calor y la presión en el interior de la Tierra deberían mantener la roca suave y flexible, más propensa a rezumar que a romperse. Por lo tanto, desencadenar un terremoto en profundidad debería ser como hacer que la melaza se rompa.
En la edición del 11 de enero de Avances científicos , un equipo de sismólogos de la Universidad de Washington, Scripps Institution of Oceanography y Carnegie Institution for Science analizan los datos de 671 terremotos que ocurrieron entre 30 y 280 millas debajo de la superficie de la Tierra en la Placa del Pacífico a medida que descendía en la Fosa de Tonga.
Al analizar los datos de varios estudios sísmicos con sismómetros de fondo oceánico y estaciones sísmicas basadas en islas, se sorprendieron al encontrar una zona de intensa actividad sísmica en la losa descendente, a la que llaman cinturón sísmico.
El patrón de la actividad a lo largo de la losa proporcionó una fuerte evidencia de que los terremotos son provocados por la liberación de agua en profundidad.
"Parece que el cinturón sísmico se produce por el repentino enjuague de agua cuando la losa se calienta lo suficiente como para que los minerales hidratados puedan descomponerse y emitir su agua", dijo Doug Wiens, profesor distinguido Robert S. Brookings de tierra yciencias planetarias en Artes y Ciencias en la Universidad de Washington.
"La presión del fluido provoca terremotos de la misma manera que las aguas residuales inyectadas en pozos profundos los causa en Oklahoma", dijo Wiens. "Aunque los detalles son muy diferentes cuando hay muchos kilómetros de profundidad, es el mismo proceso físico".
Una zona de subducción de campeones
La Fosa de Tonga ocupa un lugar de honor en los anales de la sismología porque aquí es donde los científicos estadounidenses, invitados por el Rey de Tonga a investigar la tierra quejumbrosa, tuvieron su primera visión clara de una zona de subducción en acción.
El artículo clásico que los científicos Bryan Isacks, Jack Oliver y Lynn Sykes publicaron en 1968 llevó a la aceptación de la teoría especulativa de la tectónica de placas.
En 1985, el sismólogo japonés Hitoshi Kawakatsu descubrió algo más interesante en Tonga: la losa descendente tiene una doble zona sísmica. "Hay dos zonas de terremotos en la losa", dijo Wiens. "Uno está en la parte superior de lalosa y el otro está hacia el medio de la losa "
Wiens, que ha estado estudiando la zona de subducción de Tonga desde principios de la década de 1990, dice que es un gran laboratorio natural porque sus características son muy extremas. El fondo del océano que se zambulle allí es más viejo y frío que la mayoría de las otras losas de subducción.También se mueve muy rápido.
"En la parte norte de la Fosa de Tonga, la losa se mueve 9 pulgadas al año", dijo Wiens. "La falla de San Andreas, en comparación, se mueve 2 pulgadas al año".
Y la losa de subducción tiene otra peculiaridad útil. No desciende a la zanja a una velocidad uniforme sino que desciende mucho más rápido en el extremo norte de la zanja que en el extremo sur.
Esto significa que la losa se calienta a diferentes velocidades a lo largo de su longitud ". Es como empujar una barra fría de chocolate en una olla burbujeante", dijo Wiens. "Si empuja lentamente, el chocolate tiene la oportunidad de calentarse".y se derrita, pero si empujas rápido, el chocolate se mantiene frío por más tiempo "
Esta es una configuración perfecta para estudiar fenómenos dependientes de la temperatura.
La sorpresa
Cuando Wei analizó los datos de Tonga, vio la doble zona sísmica que el científico japonés había descubierto. "Tenemos mucho que hacer un seguimiento de ese documento de 1985", dijo.
"Sin embargo, donde la zona sísmica doble comenzó a romperse en Tonga, vimos esta zona realmente activa de terremotos que llamamos el cinturón sísmico", dijo Wiens. "Fue una sorpresa; no lo esperábamos".
¿Por qué la repentina explosión de terremotos a medida que la losa descendía? La pista reveladora fue que la explosión se inclinó hacia arriba de norte a sur a lo largo de la losa. Cuanto más rápido se movía la losa, más profundos eran los terremotos y más lenta era la losa, menos profundalos terremotos
El cinturón sísmico en ángulo les dijo a los científicos que el mecanismo que desencadenaba los terremotos era sensible a la temperatura. "Creemos que los terremotos ocurren cuando el manto en la losa descendente se calienta lo suficiente como para liberar su agua", dijo Wiens.
"La gente ha propuesto este mecanismo antes, pero esta es la pistola humeante", continuó Wiens. "La sismicidad está cambiando la profundidad de una manera que se correlaciona con la tasa de subducción y la temperatura de la losa".
El ciclo de aguas profundas
¿Pero de dónde viene el agua y por qué se libera repentinamente?
El interior de la placa del Pacífico está expuesta al agua de mar cuando la placa se coloca debajo de la placa de Tonga y las fallas se abren en su superficie superior, dijo Wei. El agua de mar reacciona con la roca para formar minerales hidratados minerales que incluyen agua en su estructura cristalina en la familia de las serpentinas. El más abundante de estos minerales serpentinos es una piedra verde llamada antigorita.
Pero a medida que la losa desciende y la temperatura y la presión aumentan, estos minerales hidratados se vuelven inestables y se descomponen a través de reacciones de deshidratación, dijo Wei.
Esta liberación repentina de grandes cantidades de agua es lo que desencadena los terremotos.
"La temperatura que predecimos en las ubicaciones del terremoto sugiere fuertemente que los minerales se deshidratan muy profundamente en la zona de subducción de Tonga", dijo Peter van Keken, científico del personal de la Carnegie Institution for Science y coautor del artículo.
Los "diagramas de fase" para las reacciones de deshidratación antigorita se superponen perfectamente con la presión y la temperatura de la losa en el cinturón sísmico.
Pero los diagramas de fase no son tan confiables a estas temperaturas y profundidades extremas. Por lo tanto, a Wei, por ejemplo, le gustaría ver más datos de laboratorio sobre el comportamiento de los antigoritos y otros minerales hidratados a altas temperaturas y presiones para fijar el mecanismo.
Para él, la parte más emocionante de la investigación es la evidencia de agua a 180 millas debajo de la superficie. "Actualmente no sabemos cuánta agua llega a la Tierra profunda o cuán profunda puede llegar finalmente al agua", dijo Wei"En otras palabras, no sabemos cuánta agua se almacena en el manto, que es un factor clave para el presupuesto de agua de la Tierra".
El agua allá abajo puede ser tan importante para nosotros como el agua aquí arriba. Está empezando a parecer que el agua es el lubricante que aceita la máquina que recicla la corteza terrestre.
"El conjunto de datos de Tonga es un gran cofre del tesoro que estaremos explotando durante muchos años", dijo Wei. "Tonga tiene muchas más historias que contarnos sobre el interior de la Tierra".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Original escrito por Diana Lutz. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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