¿Cómo se fabrica el Fondo Marino?
Suba a bordo de un barco en Los Ángeles y diríjase al suroeste hasta que pierda de vista la tierra. Luego sigue, y sigue, y sigue, hasta llegar al medio de la nada en el Océano Pacífico. No hay nada que ver allí, excepto agua en todas las direcciones. Pero si hubieras estado allí en diciembre de 2011, te habrías encontrado con un barco navegando en un patrón peculiar. Se movía al este y al oeste, al norte y al sur y alrededor de un semicírculo. Y mientras tanto, una fuente de agua de mar burbujeante estallaba detrás del barco cada cuatro minutos como un reloj.
Esto no fue un ejercicio militar o una señal para ovnis, ni un extraño crucero de lujo. Los pasajeros del buque de investigación Marcus G. Langseth eran científicos, y las grandes burbujas provenían de pistolas de aire comprimido que emitían aire comprimido. Las burbujas estallan con estallidos ruidosos, enviando ondas de sonido a través del agua y debajo del fondo marino. Las ondas sonoras resonaban a través de las rocas del subsuelo y se grababan mediante dispositivos de escucha colocados en el fondo marino. Al igual que los murciélagos que navegan por ecolocalización, los investigadores usaban el sonido para compensar la falta de visión mientras inspeccionaban las rocas que se encuentran debajo del océano.
A estas alturas, se estarán preguntando por qué los científicos nos enfocamos específicamente en la mitad del Pacífico. Las rocas debajo del Pacífico son parte de la placa tectónica del Pacífico, una de una docena de placas enormes que forman la frágil capa exterior de nuestro planeta y encajan como las piezas de un rompecabezas. Las placas tectónicas se mueven como gigantescos autos de choque a cámara lenta, construyendo cadenas montañosas cuando chocan, sacudiendo el planeta con terremotos cuando se resbalan y rompen, y reorganizando el mapa del mundo de manera gradual y constante.
Los científicos han estudiado las placas oceánicas con gran detalle cerca de los límites cambiantes entre las placas, y cerca de características únicas como las islas Hawaiianas. Pero en realidad no sabemos cómo es una placa oceánica «normal». Puedes pensarlo de esta manera: Imagine que la medicina moderna sabía todo lo que hay que saber sobre enfermedades genéticas raras, pero nadie podía ponerse de acuerdo sobre la temperatura promedio de un cuerpo humano sano.
Esa es más o menos la situación de los geofísicos marinos y las placas oceánicas ordinarias, por lo tanto, el barco en medio de la nada. Este lugar en el Pacífico es tan normal como vienen. El fondo marino de aquí tiene unos 70 millones de años. Se encuentra lejos de las complicaciones de los límites de las placas y los puntos calientes volcánicos. Si queremos descubrir los conceptos básicos de una placa oceánica, cómo se hace una placa ordinaria y cómo cambia con el tiempo, el medio de la nada está exactamente donde queremos estar.
Escuchando ecos
Los científicos a bordo del Langseth no podían ver ni tocar el sólido fondo marino muy por debajo del casco de la embarcación. Incluso si pudieran llegar al fondo del océano, las rocas que nos interesan están millas más abajo, en lo profundo del fondo marino. ¿Cómo puedes estudiar algo tan inaccesible? Enviando ondas de sonido y grabando los ecos que regresan después de que el sonido haya viajado a través del subsuelo. El tiempo que tarda el sonido en viajar desde la fuente de sonido hasta un sismómetro del fondo oceánico escuchando en el fondo marino puede decirnos qué hay debajo de la superficie, porque la velocidad del sonido depende de la composición y estructura del material por el que viaja la onda sonora, así como de la temperatura y presión bajo las que se encuentra el material.
Esta técnica se denomina sismología de fuente activa, a diferencia de la sismología pasiva, donde los terremotos proporcionan una fuente de sonido natural pero incontrolada. No es una técnica perfecta. Pero al escuchar los ecos y las reverberaciones de la intermitente estela burbujeante que sigue a la nave, podemos encontrar pistas dejadas en las rocas a medida que se derritieron, fluyeron, se enfriaron y se agrietaron durante decenas de millones de años. Y podemos empezar a rastrear la historia de un pedazo ordinario de placa oceánica.
Los científicos del Langseth recopilaron datos sobre un parche de fondo marino de aproximadamente 400 por 600 kilómetros cuadrados (250 por 375 millas cuadradas), midiendo la velocidad de las ondas sonoras que viajan en diferentes direcciones. Los datos muestran que el sonido viaja unos 0,6 kilómetros por segundo (2.000 pies por segundo) más rápido hacia el este y el oeste que hacia el norte y el sur en este sitio. Esperábamos encontrar eso, más o menos un poco por ciento. Pero los datos también muestran algo más: La velocidad de las ondas de sonido que van hacia el este y el oeste aumenta a medida que se profundiza en este pedazo de placa oceánica, pero la velocidad del sonido norte–sur se mantiene constante. ¿Qué puede decirnos esto sobre cómo se forman las placas tectónicas?
Las placas oceánicas que se derriten y fluyen
Se forjan continuamente en las crestas medias del océano, una cadena montañosa submarina creada donde los bordes de dos placas se separan. Si pudiera sentarse justo debajo de una cresta, vería rocas del manto de la Tierra, la capa caliente que subyace a la corteza, que se derriten y se filtran hacia la costura entre las dos placas. La roca fundida se enfría para formar la corteza. La nueva corteza se extrae lentamente y se aleja de la cresta a medida que las dos placas se separan, dejando espacio para el manto fundido.
La parte superior del manto también fluye lateralmente junto con esa corteza frágil, enfriándose y fortaleciéndose a medida que se aleja de la cresta. No me malinterpreten, este manto superior que fluye sigue siendo roca sólida. La clave aquí es el tiempo. Durante períodos cortos de tiempo (a escala humana), el manto superior se comporta como un sólido, pero durante millones de años, la materia caliente debajo de la cresta puede rezumar junto con la corteza. Es como masilla tonta: Golpear con un martillo y se rompe, pero la prensa con su mano, lentamente, y sólo calabazas. La placa en su conjunto está hecha de la corteza más ese manto superior que fluye sólido. Se mueven juntos como un cuerpo rígido, empujados desde la cresta durante decenas de millones de años.
El manto que fluye en la cresta tiene un efecto duradero: alinea los cristales dentro de las rocas en el manto superior para que apunten en la dirección del flujo. Esa alineación de cristal se congela en la placa a medida que se aleja del calor de la cresta. Imagine lo que sucede si deja caer un camión lleno de troncos en un río que fluye rápidamente. Los troncos se empujarán y girarán la corriente hasta que apunten río abajo. Estos cristales hacen lo mismo, solo que en un tipo de flujo mucho más lento. Llamamos a esta alineación de cristales una «tela».»Al igual que la tela tejida, tiene algunas direcciones incorporadas.
Esa tela de cristal es lo que hace que las ondas sonoras viajen más rápido hacia el este y el oeste que hacia el norte y el sur en nuestro sitio de estudio en el Pacífico. ¿Cómo funciona eso? Bueno, piensa en uno de esos troncos que fluyen en un río. Se necesita menos fuerza para dividir un tronco con el grano que para serrar contra el grano. Los geofísicos decimos que los troncos son anisotrópicos: La fuerza del tronco no es (an) la misma (iso) si giras (tropos) el tronco a una orientación diferente.
La velocidad del sonido también es anisotrópica: el sonido viaja más rápido con, en lugar de contra, el grano. Cuando el flujo del manto alinea los cristales en las rocas para que apunten lejos de la cresta, el sonido que viaja en esa dirección a través de las rocas se moverá más rápido. Este tejido de cristal anisotrópico es una firma de formación de placas que hemos medido 70 millones de años después, en el Pacífico.
Enfriamiento y craqueo
Pero esto no es toda la historia. También hemos medido cómo cambia la velocidad del sonido en varias profundidades bajo el fondo marino, y la alineación de los cristales no explica por qué las ondas de sonido de este a oeste viajan más rápido cuando se mueven a través de rocas más profundas en la placa. Para resolver esto, tenemos que mirar más allá de la cresta y ver qué le pasó a nuestra placa entre el momento en que se formó y el día de hoy.
La placa comienza caliente en la cresta media del océano. Con el tiempo, el agua de mar fría que se sienta en la parte superior absorbe ese calor, y la placa se endurece, se densifica y se contrae. Se forman pequeñas grietas. Se pueden ver tipos similares de contracción térmica en carreteras y aceras. Después de un duro invierno, aparecen grietas donde el pavimento se encogió con el frío. En las placas oceánicas, las grietas térmicas tienden a formarse paralelas a la cresta.
Estas grietas alineadas también crean anisotropía. Las ondas sonoras que viajan paralelas a las grietas no se ven afectadas por ellas, pero las ondas que intentan ir perpendicularmente o en ángulo a través de las grietas se ralentizan. Las grietas microscópicas que creemos que están en el manto superior de la placa pueden anular en parte la anisotropía de la tela de cristal del flujo del manto.
Pero cuanto más profundo vayamos en nuestra placa, más rocas superpuestas aumentarán la presión sobre las rocas debajo de ellas, comprimiendo las grietas y apretándolas. Y eso ofrece nuestra mejor explicación para nuestras observaciones: A poca profundidad, las grietas contrarrestan el tejido de cristal, pero a medida que la presión aumenta más profundamente, las grietas se cierran y vemos todos los efectos de la alineación de cristal.
Escuchando a la Tierra
Mucho le pasó a esta placa oceánica ordinaria durante más de 70 millones de años. Hemos encontrado rastros de fusión, flujo del manto, enfriamiento y grietas frágiles, todo revelado mediante el uso de los ecos de las ondas sonoras que pasan a través del subsuelo.
Es bastante notable que podamos descifrar la historia de una placa tectónica a este nivel. En los primeros días de la teoría tectónica de placas, los científicos buscaban anisotropía para proporcionar evidencia de que la expansión de placas en el océano estaba ocurriendo realmente. Ahora, nuestras mediciones son lo suficientemente buenas para ver más allá de eso: La anisotropía codifica información sobre la extensión de la placa y sobre otros procesos que alteran la placa millones de años después de que los cristales se alinearan por primera vez en la cresta.
¿Qué más podemos aprender de la anisotropía? ¿Podríamos usarlo para revelar y mapear «corrientes» de roca que fluyen en el interior de la Tierra como podemos para las corrientes oceánicas? Todavía no, pero las nuevas mediciones dan lugar a una nueva generación de preguntas, y a medida que escuchamos más de cerca los ecos que resuenan a través de la Tierra, tal vez escuchemos algunas de las respuestas sobre cómo se ha formado y evolucionado la faz del planeta que llamamos hogar.
Esta investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias, una Beca de Investigación de Posgrado de la NSF, el Fondo J. Seward Johnson, una Beca de Posgrado en Oceanografía Paul McDonald Fye y una Beca de Estudiante de Posgrado Charles D. Hollister.