La mayoría de los estudios tomográficos globales del manto superior se centran en la distribución tridimensional de las velocidades sísmicas. Estos estudios se basan, en general, en ondas superficiales, que ofrecen cobertura global del manto superior y presentan una fuerte sensibilidad a la velocidad de ondas de cizalla (S). Durante la última década, se han logrado avances importantes en el mapeo de heterogeneidades tridimensionales de la velocidad de cizalla en el manto superior \citep[e.g.][]{Ritsema2011,Debayle2016}
. Los modelos tomográficos globales recientes de ondas S se obtienen a partir de la inversión de conjuntos de datos masivos y muestran patrones robustos, especialmente en la parte superior del manto superior, donde concuerdan en longitudes de onda horizontales menores a 1000 km \citep{Meschede2014,Debayle2016}. Sin embargo, el manto terrestre no se comporta como un cuerpo perfectamente elástico y, en principio, es posible extraer información sobre sus propiedades anelásticas a partir de la atenuación de la amplitud de las ondas sísmicas.
Significado General
El párrafo describe cómo los científicos estudian el manto superior de la Tierra (la capa que está justo debajo de la corteza terrestre). Explica que el método principal es crear "tomografías" o mapas 3D de la velocidad a la que viajan las ondas sísmicas, pero también introduce una idea más avanzada: estudiar otra propiedad llamada atenuación para entender mejor el comportamiento interno de la Tierra.
Explicación Paso a Paso
El Enfoque Principal: Velocidad de las Ondas Sísmicas
"La mayoría de los estudios tomográficos globales del manto superior se centran en la distribución tridimensional de las velocidades sísmicas."
Significado: La herramienta más usada para "ver" el interior de la Tierra es la tomografía sísmica (similar a un TAC médico). Esta técnica crea mapas en 3D que muestran cómo varía la velocidad de las ondas sísmicas en el manto superior.
¿Por qué es importante? Las variaciones en la velocidad indican diferencias en la temperatura, composición y estado de la roca. Por ejemplo, el material más caliente o parcialmente fundido ralentiza las ondas, mientras que el material más frío y sólido las acelera.
La Metodología Estándar: Ondas Superficiales
"Estos estudios se basan, en general, en ondas superficiales... presentan una fuerte sensibilidad a la velocidad de ondas de cizalla (S)."
Significado: Para estudiar el manto superior a escala global, los científicos usan principalmente ondas superficiales (que viajan por la superficie de la Tierra). Estas ondas son especialmente buenas para medir la velocidad de las ondas S (o de cizalla), que son las que mueven el material en perpendicular a su dirección de viaje.
Los Avances Recientes
"Durante la última década, se han logrado avances importantes... muestran patrones robustos, especialmente en la parte superior del manto superior..."
Significado: En los últimos años, gracias a conjuntos de datos enormes y mejores métodos, los modelos se han vuelto mucho más precisos y detallados. Ahora los científicos pueden confiar en estructuras que son consistentes en diferentes modelos y pueden detectar características de menos de 1000 km de ancho.
La Nueva Frontera: Las Propiedades Anelásticas y la Atenuación
"Sin embargo, el manto terrestre no se comporta como un cuerpo perfectamente elástico... extraer información sobre sus propiedades anelásticas a partir de la atenuación de la amplitud de las ondas sísmicas."
Significado: Este es el punto crucial y el "giro" del texto. La Tierra no es un material perfectamente elástico (como un muelle ideal que recupera toda su energía). En realidad, es anelástica, lo que significa que absorbe energía y la convierte en calor.
Esta propiedad se mide a través de la atenuación, que es la pérdida de amplitud (o "fuerza") de una onda sísmica a medida que viaja.
Implicación: Estudiar la atenuación permite a los científicos obtener información diferente y complementaria a la de la velocidad, como el contenido de fluidos, el grado de fusión parcial y los mecanismos de deformación de las rocas en el manto.
Resumen en Términos Sencillos
Los científicos tienen una forma muy avanzada de crear mapas en 3D del interior de la Tierra, midiendo qué tan rápido viajan las ondas sísmicas. Esto les dice dónde el material es caliente/frío o sólido/derretido. Recientemente, estos mapas se han vuelto muy detallados.
Pero el texto termina señalando que hay una fuente de información aún más compleja y menos explorada: medir cuánta energía pierden las ondas sísmicas al viajar. Esta "pérdida de energía" (atenuación) puede revelar secretos sobre cómo fluye y se deforma la roca en las profundidades de la Tierra, yendo más allá de lo que pueden mostrar las simples mediciones de velocidad.
Tales estudios de atenuación resultan difíciles porque la amplitud de las ondas está influida por diversos mecanismos. Esta depende de incertidumbres en la excitación de la fuente \citep{Um1992}, incluido el momento sísmico escalar $M_{0}$, de la propagación geométrica del frente de onda, de efectos de propagación como el enfoque y desenfoque \citep{Thorne1985,Woodhouse1986}, de la dispersión de pequeña longitud de onda (e.g., \citealt{Ricard2014}), de la respuesta local del sitio y de la calibración de los instrumentos de medición \citep{Dalton2014}. La amplitud también se ve afectada por diversos mecanismos intrínsecos anelásticos que convierten energía elástica en calor, tales como la interacción de las ondas con transiciones de fase \citep{Durand2012}, con dislocaciones cristalinas o con la presencia de fusión parcial, entre otros (véase la revisión en \citealt{Jackson2007}). Los estudios de atenuación buscan corregir las amplitudes medidas de todos los efectos elásticos para obtener la atenuación intrínseca. Debido a la dificultad de las mediciones y a la multiplicidad de mecanismos que deben considerarse, se ha realizado menos trabajo sobre atenuación que sobre velocidad, y el acuerdo entre los modelos globales recientes de atenuación de ondas S se limita a longitudes de onda muy largas, superiores a $\sim$5000 km \citep{Selby2002,gung2004q,Dalton2008}.
este texto profundiza en las dificultades específicas de estudiar la atenuación sísmica, que se mencionó al final del párrafo anterior. Aquí tienes el desglose:
Significado General
Este párrafo explica por qué es tan difícil crear mapas confiables de la atenuación sísmica en el manto terrestre. La conclusión principal es que, a diferencia de los estudios de velocidad, los modelos de atenuación son mucho menos numerosos y solo muestran patrones muy generales (a grandes escalas) porque el proceso de medirla es extremadamente complejo.
Explicación Paso a Paso
El Problema Central: La Amplitud es Afectada por Múltiples Factores
"Tales estudios de atenuación resultan difíciles porque la amplitud de las ondas está influida por diversos mecanismos."
Significado: La "atenuación intrínseca" (la pérdida de energía que se convierte en calor) no se puede medir directamente. Lo que se mide es la amplitud de la onda, y esta amplitud ha sido alterada por muchos otros fenómenos que no tienen que ver con las propiedades anelásticas del manto. Es como tratar de escuchar cuán silenciosa es una habitación cuando hay mucho ruido de fondo.
Factores "No Deseados" que Contaminan la Medición (Efectos Elásticos)
El texto enumera una serie de factores que los científicos deben "corregir" o "filtrar" para aislar la atenuación real:La Fuente del Terremoto: La cantidad de energía liberada (momento sísmico) y cómo se libera exactamente es incierta.
Efectos de Propagación Geométrica: La amplitud disminuye naturalmente a medida que el frente de onda se expande, simplemente porque la energía se reparte en un área mayor.
Enfoque y Desenfoque: Si las ondas viajan a través de estructuras que las "enfocan" (como una lupa) o las "desenfoquen", su amplitud aumenta o disminuye sin que haya pérdida de energía por calor.
Dispersión y Respuesta Local: Las ondas se dispersan al encontrar pequeñas heterogeneidades, y el suelo bajo el sismómetro puede amplificar o reducir las vibraciones.
Calibración del Instrumento: No todos los sismómetros son iguales, y sus diferencias deben tenerse en cuenta.
El Objetivo Real: La Atenuación Intrínseca
"Los estudios de atenuación buscan corregir las amplitudes medidas de todos los efectos elásticos para obtener la atenuación intrínseca."
Significado: El trabajo del científico es como el de un detective: debe restar todos los efectos mencionados anteriormente de la amplitud medida. Lo que queda (si el cálculo es correcto) es la atenuación intrínseca, que es la verdadera firma de la disipación de energía en el interior de la Tierra.
Los Mecanismos Físicos de la Atenuación Intrínseca
El texto menciona algunos procesos físicos que convierten la energía de la onda en calor:
Transiciones de fase: Cambios en la estructura cristalina de los minerales bajo presión.
Dislocaciones cristalinas: Defectos y movimiento en la red atómica de los cristales de roca.
Fusión parcial: La presencia de incluso una pequeña cantidad de material fundido es muy eficiente para absorber energía.
La Consecuencia: Modelos Poco Desarrollados y de Baja Resolución
"Debido a la dificultad de las mediciones... se ha realizado menos trabajo sobre atenuación que sobre velocidad..."
Significado: Debido a esta enorme complejidad, hay muchos menos estudios de atenuación. Los modelos globales existentes no son muy precisos y solo pueden mostrar variaciones muy grandes y generales en el manto (patrones de más de 5000 km), a diferencia de los modelos de velocidad que pueden mostrar detalles de hasta 1000 km.
Analogía Sencilla
Imagina que quieres medir cuánta gasolina consume realmente un coche (atenuación intrínseca), pero solo puedes hacerlo observando cuánto baja el nivel del tanque después de un viaje (amplitud medida).
El problema es que:
No sabes exactamente cuánta gasolina echaste al principio (incertidumbre en la fuente).
Parte de la gasolina se evaporó (pérdida por calor/anelástica).
Pero también, el viaje fue cuesta arriba y abajo, lo que afecta el consumo (efectos elásticos como el enfoque).
Además, el coche tiene una pequeña fuga en el tanque (respuesta del sitio/calibración).
Para saber cuánta gasolina se consumió realmente por el motor, primero debes calcular y restar el efecto de las subidas, las bajadas y la fuga. Esto es extremadamente difícil, por lo que los resultados son menos precisos y hay menos estudios confiables sobre el consumo real de los motores.
Conclusión
Este párrafo justifica por qué la tomografía de atenuación es un campo de vanguardia y mucho más desafiante que la tomografía de velocidad. Explica que la baja resolución y el desacuerdo entre los modelos existentes no se deben a que la atenuación no sea importante, sino a la enorme dificultad técnica para medirla de forma limpia.
Atenuación y velocidad poseen sensibilidades diferentes a las propiedades físicas de la Tierra, como la temperatura, la composición y la presencia de fusión parcial o contenido de agua. Mejorar nuestro conocimiento de la atenuación aportaría información complementaria a la velocidad sobre el interior terrestre. Además, las velocidades sísmicas se ven afectadas por efectos de dispersión producidos por la atenuación, de modo que un conocimiento preciso de esta última mejoraría la resolución de la estructura de velocidades de la Tierra \citep{Romanowicz1990,karato1993}.
Este párrafo es crucial, ya que explica por qué vale la pena superar todas las dificultades mencionadas anteriormente para estudiar la atenuación.
Aquí tienes el desglose:
Significado General
Este texto presenta la justificación científica para estudiar la atenuación. Nos dice que la atenuación no es solo una curiosidad, sino una herramienta poderosa que proporciona información única y complementaria a la de la velocidad de las ondas sísmicas. Además, mejorar su conocimiento incluso nos ayudaría a crear mejores modelos de velocidad.
Explicación Paso a Paso
Información Independiente y Complementaria
"Atenuación y velocidad poseen sensibilidades diferentes a las propiedades físicas de la Tierra, como la temperatura, la composición y la presencia de fusión parcial o contenido de agua."
Significado: La velocidad de las ondas y la atenuación reaccionan de manera distinta a los mismos factores. Por ejemplo:
Temperatura: Tanto las altas temperaturas como la presencia de fusión parcial disminuyen la velocidad de las ondas S y aumentan la atenuación (la roca "blanda" absorbe más energía).
Composición/Agua: La atenuación es extremadamente sensible a la presencia de incluso pequeñas cantidades de agua o material fundido, que afectan la forma en que los granos minerales se deslizan y friccionan entre sí, disipando energía como calor.
Implicación: Al combinar ambos tipos de datos (velocidad y atenuación), los científicos pueden resolver ambigüedades. Por ejemplo, una región del manto con baja velocidad podría deberse a que está caliente o a que tiene una composición diferente. Si además presenta una atenuación alta, es una fuerte evidencia de que el factor dominante es la alta temperatura o la presencia de fusión, descartando otras posibilidades.
Mejora de los Modelos de Velocidad
"Además, las velocidades sísmicas se ven afectadas por efectos de dispersión producidos por la atenuación, de modo que un conocimiento preciso de esta última mejoraría la resolución de la estructura de velocidades de la Tierra."
Significado: Este es un punto técnico muy importante. Existe un fenómeno físico llamado dispersión, que significa que la velocidad de una onda depende de su frecuencia. Esta dispersión está intrínsecamente ligada a la atenuación (un material que atenúa más, también tendrá una dispersión más fuerte).
Implicación: Cuando los científicos modelan la velocidad de las ondas, el efecto de la atenuación introduce un "sesgo" o una distorsión en sus mediciones. Si pudieran corregir este efecto de dispersión gracias a un conocimiento preciso de la atenuación, los modelos de velocidad resultantes serían mucho más precisos y tendrían mejor resolución. Es como limpiar un lente empañado para ver la imagen con mayor claridad.
Resumen en Términos Sencillos
Pensemos en un médico que tiene dos herramientas para examinar a un paciente:
La Velocidad (como una Radiografía): Le da una buena imagen de la estructura (los "huesos" de la Tierra), mostrando dónde hay cosas densas o menos densas.
La Atenuación (como un Termógrafo o Termómetro): Mide la "fiebre" o la actividad interna. Muestra dónde hay fricción, calor o fluidos.
Este párrafo nos dice que:
Son herramientas complementarias. La radiografía te dice la forma, el termógrafo te dice la temperatura. Usar ambas da un diagnóstico mucho más completo. Si una zona de la Tierra parece "blanda" en la radiografía (baja velocidad) y además "tiene fiebre" (alta atenuación), es casi seguro que está muy caliente o parcialmente fundida.
Corregir la "fiebre" mejora la "radiografía". Comprender y corregir el efecto de la atenuación permite obtener una imagen de la estructura (velocidad) mucho más nítida y precisa.
En conclusión, el texto argumenta que invertir esfuerzos en el difícil campo de la atenuación no solo abre una nueva ventana de información, sino que también mejora la calidad de la ventana que ya tenemos (la de la velocidad).
La mayoría de los estudios de atenuación con ondas superficiales se basan en amplitudes de ondas de Rayleigh. Como se muestra en la Fig.~\ref{attenuation_Adenis2017}, el modo fundamental de la onda de Rayleigh para periodos de hasta 250 s proporciona sensibilidad a todo el manto superior. Esta sensibilidad puede mejorarse incorporando sobretonos en la modelización \citep{gung2004q}. En estudios previos de ondas superficiales, se ha encontrado que la atenuación es generalmente coherente con la tectónica superficial a gran escala hasta profundidades de aproximadamente 200--250 km, con baja atenuación bajo los continentes y alta atenuación bajo los océanos. Algunos trabajos \citep{Billien2000,Dalton2006,Dalton2008,Ma2015} sugieren una buena correlación con los modelos de velocidad. \citep{Ma2015}, \citep{Dalton2008} y \citep{warren2002mapping} encuentran una fuerte dependencia con la edad del fondo oceánico, mientras que \cite{gung2004q} y \cite{romanowicz1995global} observan anomalías de alta atenuación bajo el Pacífico sur y África, correlacionadas con la distribución de los puntos calientes. Por debajo de 200--250 km se observa un cambio en el patrón: se identifican regiones de alta atenuación bajo el Pacífico suroriental y África oriental, y regiones de baja atenuación parecen estar asociadas con zonas de subducción.
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