La formación de placas en las dorsales oceánicas suele considerarse como el proceso más simple y mejor comprendido de la tectónica de placas, ya que implica la fusión por descompresión de material del manto que asciende pasivamente en respuesta a la separación de las placas. Sin embargo, las pocas imágenes sísmicas regionales del manto bajo una dorsal revelan una complejidad inesperada. El experimento \textit{MELT}, realizado a lo largo de un segmento de la dorsal del Pacífico Oriental (EPR), confirmó que no existía una fuente profunda de material caliente bajo la dorsal, tal como se esperaría de un ascenso pasivo~\citep{MELT1998}. No obstante, la combinación de los datos de los experimentos \textit{MELT} y \textit{GLIMPSE} en el sur de la EPR, junto con datos de un experimento en el Golfo de California, reveló anomalías tridimensionales de velocidad en el manto que a menudo no se encuentran centradas bajo la dorsal~\citep{MELT1998,Gu:etal2005,HARMON2011,Wang2009,Weeraratne2007}. Esta tridimensionalidad se ha propuesto como reflejo de un componente dinámico del ascenso del manto y posiblemente también de hundimientos, generados y/o generadores de variaciones longitudinales y transversales en temperatura, composición y concentraciones de fundido \citep{HARMON2011,Katz2010,TOOMEY2002287,Wang2009}.
Este texto explica cómo ha evolucionado nuestra comprensión sobre la formación de la corteza oceánica en las dorsales mediooceánicas. Aquí tienes una explicación desglosada:
Idea Principal
La visión tradicional, simple y bien entendida, de cómo se forman las placas en las dorsales oceánicas está siendo reemplazada por una imagen mucho más compleja y dinámica, gracias a nuevas evidencias sísmicas.
Explicación Paso a Paso
1. La Teoría Simple y Tradicional:
Proceso: En las dorsales, las placas tectónicas se separan.
Mecanismo: Este estiramiento permite que el material caliente del manto terrestre ascienda "pasivamente" (como si fuera succionado hacia arriba por el vacío que deja la separación de las placas).
Resultado: Al ascender y disminuir la presión, este material se funde (fusión por descompresión), formando el magma que crea nueva corteza oceánica.
2. El Problema: La Evidencia Muestra una Realidad Más Compleja
Los experimentos de imágenes sísmicas (como ecografías del interior de la Tierra) no muestran la simplicidad que predice la teoría.
El experimento clave MELT en la Dorsal del Pacífico Oriental (EPR) fue un punto de inflexión. No encontró una gran burbuja de material caliente ascendiendo desde las profundidades justo bajo la dorsal, como se esperaría de un ascenso pasivo.
3. La Nueva Visión: Complejidad y Tridimensionalidad
Al combinar datos de varios experimentos (MELT, GLIMPSE, y otros en el Golfo de California), los científicos descubrieron que la estructura del manto bajo las dorsales no es uniforme ni simétrica.
Hallazgo clave: Las anomalías (zonas de material más caliente o con más magma) no siempre están centradas directamente bajo la dorsal. Esto indica que el sistema es "tridimensional".
4. La Implicación: Un Sistema Dinámico
Esta "tridimensionalidad" sugiere que el ascenso del manto no es solo un flujo pasivo y simétrico.
Hay un componente dinámico: el material del manto puede estar fluyendo de manera activa y asimétrica, posiblemente incluso con zonas de hundimiento, no solo de ascenso.
Este flujo dinámico es a la vez causa y consecuencia de variaciones laterales en:
Temperatura
Composición del manto
Concentración de magma
En Resumen
El texto describe un cambio de paradigma en la tectónica de placas:
Viejo modelo: "Las dorsales son simples: las placas se separan, el manto asciende pasivamente y se funde, creando nueva corteza de forma simétrica."
Nuevo modelo: "Las dorsales son sistemas complejos y dinámicos. El manto asciende de forma activa y asimétrica (en 3D), creando estructuras irregulares que influyen y son influidas por variaciones en la temperatura, la composición y el fundido del manto."
Este cambio se debe fundamentalmente a los datos de experimentos sísmicos modernos que han permitido "ver" el interior de la Tierra con un detalle sin precedentes.
Anomalías de baja velocidad
De igual manera, resultó sorprendente la intensidad de las anomalías de baja velocidad observadas entre 50 y 150 km de profundidad. Estas parecen requerir una retención sustancial de fundido en fracciones de 0.3--2\% \citep{MELT1998,HARMON2009,YANG2007}. Tales concentraciones elevadas de fundido en profundidad entran en contradicción con el entendimiento del transporte de fundido derivado del decaimiento de Ra, Pa y Th \citep[e.g.,][]{Lundstrom2003,Rubin2005,Stracke2006}, así como con las estimaciones de tamaño de grano \citep{Behn2009178} y su efecto sobre la permeabilidad al fundido \citep{Connolly2009,Faul2001}, a menos que dichas imágenes estén capturando la migración de fundido en flujo.
Este texto profundiza en una de las "sorpresas" o complejidades específicas encontradas bajo las dorsales oceánicas. Explica el conflicto entre una nueva observación y las teorías establecidas.
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal
Las imágenes sísmicas revelan la presencia de mucho más magma de lo esperado a profundidades considerables en el manto. Esta observación es difícil de reconciliar con las teorías actuales sobre cómo asciende el magma, a menos que estemos "cazando" el magma en el momento justo en que está migrando.
Explicación Paso a Paso
1. La Observación Sorprendente:
¿Qué se vio? Entre 50 y 150 km bajo la superficie, se detectaron anomalías de baja velocidad sísmica muy intensas.
¿Qué significa esto? Las ondas sísmicas viajan más lento a través de materiales más calientes, más derretidos o más dúctiles. Una anomalía "intensa" de baja velocidad sugiere la presencia de una cantidad significativa de magma.
La Estimación: Los científicos calculan que para explicar estas anomalías, entre un 0.3% y un 2% de la roca en esa zona debe estar fundida. Aunque este porcentaje parece pequeño, es una cantidad "sustancial" y sorprendente para esas profundidades.
2. El Problema: La Contradicción con las Teorías Existentes
El texto señala que esta observación entra en conflicto con nuestro entendimiento en tres áreas clave:
a) Geoquímica de Isótopos Radiactivos (Ra, Pa, Th):
Estos elementos se producen cuando se genera el magma y son "barridos" por él a medida que asciende.
El patrón de desintegración de estos isótopos en las rocas de la dorsal sugiere que el magma asciende muy rápido (en escalas de tiempo geológicas, es decir, miles de años).
La contradicción: Si el magma asciende tan rápido, ¿cómo es posible que se "estanque" y se acumule hasta un 2% a tanta profundidad? No tendría tiempo de acumularse.
b) Tamaño de Grano de las Rocas del Manto:
La roca del manto está compuesta de granos minerales. El tamaño de estos granos afecta a la "permeabilidad" de la roca, es decir, la facilidad con la que el magma puede fluir entre los poros.
Las estimaciones del tamaño de grano a estas profundidades sugieren que la roca es muy permeable, lo que permitiría al magma escapar fácilmente hacia arriba.
La contradicción: Con una permeabilidad tan alta, es difícil explicar cómo el magma logra "retenerse" y acumularse en lugar de ascender inmediatamente.
c) Permeabilidad y Flujo del Magma:
Los modelos de cómo el magma se filtra a través de la roca sólida (un proceso llamado "porosidad difusa") predicen que, bajo las condiciones del manto, el magma debería drenarse eficientemente y no formar acumulaciones tan grandes a tanta profundidad.
3. La Posible Solución: Una "Fotografía" en Tiempo Real
El texto termina con una hipótesis elegante para resolver esta contradicción:
"A menos que dichas imágenes estén capturando la migración de fundido en flujo."
Esto significa que, tal vez, las imágenes sísmicas no están viendo un depósito permanente y estable de magma, sino que han "congelado" en el tiempo un evento dinámico de migración.
En analogía: No es que el grifo esté goteando sobre un balde lleno (acumulación estable), sino que hemos tomado una foto justo cuando alguien estaba vertiendo una gran cantidad de agua en un embudo (flujo activo y transitorio).
En Resumen
El texto presenta un rompecabezas científico:
Evidencia Observacional: Hay mucho magma atrapado en el manto profundo.
Teorías Actuales: Predicen que el magma no debería poder acumularse allí; debería ascender rápidamente.
Hipótesis de Resolución: Es posible que nuestras "fotos" del subsuelo estén captando un pulso o una ola de magma en pleno movimiento ascendente, no un depósito estancado. Esto refuerza la idea del texto anterior de que las dorsales son sistemas dinámicos y activos, no pasivos y estáticos.
Contribución del fundido a la astenosfera
La contribución del fundido a las propiedades de la astenosfera, en general, ha sido objeto de debate durante largo tiempo. No obstante, una amplia gama de estudios ha mostrado que la zona de baja velocidad astenosférica bajo continentes y océanos puede explicarse de manera puramente térmica, sin necesidad de asumir fracciones significativas de fundido, al considerar los efectos anelásticos en la propagación de ondas, determinados a partir de parámetros anelásticos de laboratorio \citep{Faul2005119,Goes2000,Karato:2012,Karato:1998,Priestley:MKenzie:2006,Rohm2000,Shapiro2004,sheehan1992differential,Stixrude:Lithgow2005}. Esta interpretación es coherente con las restricciones petrológicas que predicen una baja productividad de fundido a profundidades astenosféricas---donde la fusión debe estar asistida por volátiles---y que plantean que el fundido se elimina de manera eficiente \citep{Asimow2004,Hirschmann:2010}. Por lo tanto, no existe evidencia contundente de acumulaciones significativas de fundido en la mayor parte de la astenosfera oceánica, aunque la detección de una discontinuidad sísmica extendida en el `LAB', donde la velocidad disminuye con la profundidad hasta en varios puntos porcentuales, ha reactivado la discusión acerca de la posible acumulación de una delgada capa de fundido bajo un límite composicional o reológico en la base de la litosfera \citep[e.g.,][]{Kawakatsu2009,Rychert:Shearer2009}. De manera alternativa, se ha propuesto que la deshidratación, junto con un cambio en el mecanismo dominante de deformación anelástica, podrían explicar dicha discontinuidad sin necesidad de recurrir a cantidades sustanciales de fundido \citep{Karato:2012}.
Este texto aborda un debate central en la geofísica: el papel del magma fundido en la astenosfera, la capa dúctil y débil sobre la que se mueven las placas tectónicas.
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal
El consenso actual, respaldado por una amplia evidencia, es que la astenosfera no contiene grandes acumulaciones de magma de forma generalizada. Sus propiedades únicas se pueden explicar principalmente por el calor y la composición de las rocas. Sin embargo, un descubrimiento sísmico reciente ha reabierto el debate, sugiriendo la posible existencia de una capa delgada de magma en su parte superior.
Explicación Paso a Paso
1. El Debate Tradicional y la Visión Predominante (Sin Fundido Significativo):
El Problema: Durante mucho tiempo se debatió si la astenosfera es "blanda" y permite el movimiento de las placas porque contiene magma, o si se debe a otros factores.
La Evidencia en Contra del Fundido:
Estudios Sísmicos Avanzados: Una gran cantidad de investigaciones muestra que la "Zona de Baja Velocidad" de la astenosfera (donde las ondas sísmicas viajan más lento) puede explicarse perfectamente por el calor (efectos térmicos) y el comportamiento "anelástico" (como una plastilina) de las rocas calientes, sin necesidad de magma.
Evidencia Petrológica (de las Rocas): Los estudios sobre cómo se forman las rocas predicen que:
A las profundidades de la astenosfera, es difícil generar magma sin la ayuda de agua y otros volátiles.
Además, cualquier pequeña cantidad de magma que se genere es eliminada eficientemente y asciende hacia la superficie, sin acumularse.
Conclusión de esta línea de pensamiento: No hay pruebas contundentes de grandes reservorios de magma en la mayor parte de la astenosfera oceánica.
2. El Giro Inesperado: La Evidencia que Reactiva el Debate
El Hallazgo: Los científicos detectaron una discontinuidad sísmica extendida en el Límite Astenosfera-Litosfera (LAB). Es decir, una frontera muy clara y generalizada donde la velocidad de las ondas sísmicas cae bruscamente (un varios puntos porcentuales) al pasar de la litosfera rígida a la astenosfera dúctil.
La Nueva Hipótesis: Una forma muy eficaz de explicar este brusco descenso en la velocidad es proponiendo la existencia de una delgada capa de magma acumulada justo en este límite. Esta capa actuaría como una "lubricante" global.
3. La Solución Alternativa (Sin Necesitar Fundido):
Para no contradecir la evidencia previa, se ha propuesto una explicación alternativa para esta discontinuidad:
Deshidratación: Cuando la litosfera se calienta al entrar en la astenosfera, los minerales liberan su agua. Este agua debilita la roca y reduce su velocidad sísmica.
Cambio en la Deformación: El mecanismo interno por el cual se deforman los minerales (fluido-difusivo vs. deslizamiento de dislocaciones) cambia a esta profundidad, lo que también afecta a la velocidad de las ondas.
En Resumen y Conexión con los Textos Anteriores
Este texto presenta un elegante equilibrio científico:
Visión General (Consenso): La astenosfera no es una "esponja llena de magma". Su comportamiento se explica por la temperatura y las propiedades de las rocas sólidas.
Excepción Potencial (Debate Actual): Podría existir una capa de magma globalmente extendida pero muy delgada justo en la base de las placas tectónicas, que actúa como lubricante principal.
Conexión con los textos anteriores: Mientras que los primeros textos se centraban en la complejidad y el flujo activo de magma bajo las dorsales (zonas de creación de placa), este texto habla de la astenosfera en general, que es la capa sobre la que se mueve toda la placa. El debate se centra en si el "lubricante" que permite este movimiento es principalmente calor y roca blanda, o si una fina película de magma juega un papel crucial a escala global.
En el trabajo de ~\cite{SaskiaGoes2012} se explora en qué medida las velocidades extremadamente bajas en el manto bajo las dorsales oceánicas pueden explicarse mediante atenuación intrínseca a altas temperaturas, sin requerir mayores volúmenes de fundido retenido que los esperados a partir de restricciones petrológicas y geoquímicas. Estudios previos han comparado cualitativamente modelos dinámicos que predicen la geometría de la región de fundido subdorsal con imágenes sísmicas del experimento \textit{MELT} \citep{Conder2002,Katz2010,TOOMEY2002287}, y han propuesto posibles causas para la asimetría en la estructura del manto. Algunos trabajos llevaron a cabo comparaciones más cuantitativas entre las velocidades observadas y aquellas predichas por modelos de enfriamiento oceánico sin fundido \citep{HARMON2009,YANG2007}, concluyendo que la presencia de fundido era necesaria para reproducir las restricciones sísmicas. En este estudio, desarrollamos un modelo directo y autoconsistente de la temperatura subdorsal, la generación y migración de fundido, utilizando un enfoque de modelado ya establecido, similar al de varios estudios previos \citep{Braun2000,Conder2002,TOOMEY2002287}. Convertimos los modelos geodinámicos en estructura sísmica, considerando los efectos de fase, la atenuación anelástica y la presencia de fundido, y evaluamos un rango de formulaciones de anelasticidad. Finalmente, realizamos una comparación más rigurosa entre los modelos sintéticos y la estructura sísmicamente observada, mediante un conjunto de pruebas de resolución adaptadas a la distribución de datos de los experimentos en la EPR.
Este texto describe la metodología y los objetivos específicos de un estudio científico (el de Saskia Goes y colaboradores, 2012) que busca resolver el debate presentado en los textos anteriores.
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal del Estudio
Este trabajo intenta determinar de manera cuantitativa y rigurosa si las anomalías sísmicas extremas bajo las dorsales oceánicas se deben principalmente a la presencia de magma o si pueden explicarse por el efecto de las altas temperaturas sobre las rocas sólidas.
Explicación Paso a Paso
1. El Problema Central que Aborda:
Existe una discrepancia entre lo que ven los sismólogos (anomalías de velocidad muy bajas) y lo que predicen los petrólogos y geoquímicos (poco magma retenido).
Hipótesis a probar: ¿Pueden esas velocidades sísmicas tan bajas explicarse solo por la atenuación intrínseca (la roca sólida se "ablanda" y absorbe más la energía sísmica a altas temperaturas) sin necesidad de invocar grandes volúmenes de magma?
2. El Contexto de Investigaciones Previas (Lo que ya se sabía):
Enfoques Cualitativos: Algunos estudios anteriores compararon a simple vista modelos de flujo de magma con imágenes sísmicas, sugiriendo causas para las asimetrías.
Enfoques Cuantitativos Simples: Otros estudios compararon las velocidades sísmicas observadas con las predichas por modelos de enfriamiento sin magma, y concluyeron que SÍ era necesario el magma para explicar los datos.
3. La Innovación de Este Estudio (Lo que hacen de nuevo y mejor):
Este trabajo se propone superar las limitaciones de los estudios anteriores mediante un enfoque más completo y robusto:Modelado Autoconsistente: No usan modelos por separado, sino que crean un modelo único que integra de forma coherente:
Temperatura bajo la dorsal.
Generación de magma.
Migración de ese magma.
Conversión Directa a Sismo: Convierten los resultados de su modelo geodinámico (temperatura y magma) en una estructura sísmica sintética (un "modelo de velocidades" artificial). Para ello, incluyen todos los efectos clave:
Efectos de fase: Cómo los cambios mineralógicos afectan la velocidad.
Atenuación anelástica: El "ablandamiento" de la roca a altas T (el factor clave a testear).
Presencia de fundido: El efecto del magma mismo.
Pruebas Rigurosas: No se limitan a una comparación visual. Realizan una comparación cuantitativa y rigurosa entre su modelo sintético y la estructura sísmica real observada en la Dorsal del Pacífico Oriental (EPR). Usan pruebas de resolución que tienen en cuenta cómo están distribuidos los datos reales, lo que hace la comparación mucho más confiable.
En Resumen
Este texto presenta un estudio que actúa como un "juez" sofisticado en el debate entre la visión térmica vs. la visión con magma.
Pregunta: ¿Las bajas velocidades sísmicas se deben mayoritariamente a roca muy caliente y "blanda" o a la presencia de magma?
Método: Crean un modelo físico integral que predice lo que un sismómetro debería medir, considerando ambas posibilidades de forma simultánea y realista.
Objetivo final: Al comparar su modelo con los datos reales, podrán determinar qué combinación de factores (temperatura, atenuación y contenido de magma) es necesaria para explicar las observaciones, ayudando a zanjar la controversia.
Es, en esencia, la aplicación de un enfoque de modelado numérico de vanguardia para responder a las preguntas concretas y complejas que surgieron en los textos anteriores.
Restricciones sísmicas bajo las dorsales
Los análisis de la estructura sísmica bajo los océanos encuentran de manera consistente una zona de baja velocidad astenosférica que se profundiza e incrementa en velocidad de corte con la edad de la litosfera oceánica \citep{kustowski2008,maggi2006multimode,Nishimura:Forsyth1989,Ritzwoller:2004,Shapiro2002}.
Tal estructura está predominantemente restringida por ondas superficiales con períodos en el rango de 15--160 s, que son los datos con mejor sensibilidad a la amplitud y a la distribución en profundidad de las velocidades del manto somero.
Los modelos sísmicos globales o de escala oceánica encuentran velocidades mínimas de corte isotrópicas por debajo de las dorsales de aproximadamente 4.1 km/s entre 50 y 100 km de profundidad.
La zona de baja velocidad se profundiza hasta 125--175 km en litosfera oceánica de 120 Ma, con una velocidad mínima de corte isotrópica (VS) de alrededor de 4.4 km/s.
Otra característica encontrada de forma consistente en la estructura del manto oceánico somero es la anisotropía radial hasta aproximadamente 250 km de profundidad.
Debajo de la litosfera oceánica, VSH generalmente excede a VSV en 0.1--0.2 km/s \citep{kustowski2008,Nishimura:Forsyth1989,Shapiro2002}, un patrón esperado para un flujo predominantemente horizontal \citep{Becker2008}.
Este texto describe las características fundamentales y consistentes de la astenosfera oceánica, tal como se revela a través de los modelos sísmicos globales.
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal
Los estudios sísmicos a gran escala pintan un cuadro claro y sistemático de la astenosfera bajo los océanos: es una capa de baja velocidad que se vuelve más profunda y "rápida" a medida que la placa oceánica envejece, y muestra una evidencia clara de flujo horizontal.
Explicación Paso a Paso
1. La Característica Principal: La Zona de Baja Velocidad (LVZ) Astenosférica
¿Qué es? Una capa en el manto superior (justo debajo de la litosfera rígida) donde las ondas sísmicas, especialmente las de corte (VS), viajan más despacio.
Su Comportamiento con la Edad: Esta capa no es estática. Cambia de manera predecible a medida que la placa oceánica se enfría y se hace más vieja:
Bajo dorsales jóvenes (0 Ma): La LVZ es más superficial (50-100 km) y la velocidad es más baja (~4.1 km/s). Esto coincide con un manto más caliente y posiblemente con más fundido.
Bajo litosfera vieja (120 Ma): La LVZ se hunde (125-175 km) y la velocidad mínima aumenta (~4.4 km/s). Esto refleja el enfriamiento y engrosamiento progresivo de la litosfera fría encima.
2. Cómo se Mide: La Herramienta Clave
Los datos más confiables provienen de ondas superficiales con periodos entre 15 y 160 segundos.
Estas ondas son perfectas para este trabajo porque tienen la mejor sensibilidad para "mapear" la amplitud y la profundidad de esta capa de baja velocidad.
3. La Segunda Característica Clave: Anisotropía Radial
¿Qué es? La velocidad de las ondas sísmicas depende de la dirección en la que viajen (esto es anisotropía). La "anisotropía radial" significa que las ondas que vibran horizontalmente (VSH) viajan a diferente velocidad que las que vibran verticalmente (VSV).
El Hallazgo Consistente: Bajo la litosfera oceánica, VSH > VSV por una diferencia de 0.1-0.2 km/s.
La Interpretación Física (Muy Importante): Este patrón específico es el que se esperaría si el material de la astenosfera está fluyendo de manera predominantemente horizontal.
Analogía: Imagina un paquete de cartas. Si deslizas las cartas horizontalmente sobre la mesa, es fácil (el material está "débil" en esa dirección). Si intentas separarlas verticalmente, es más difícil. La anisotropía sísmica detecta esta "fábrica" o alineación del material causada por el flujo de deformación.
En Resumen y Conexión con los Textos Anteriores
Este texto nos da la visión general y consolidada que contrasta con los detalles complejos y locales de los textos anteriores.
Visión Global: Bajo todo el océano, existe una astenosfera que se comporta de manera predecible y muestra un flujo horizontal general.
Contraste con los Textos Previos:
Mientras que los primeros textos se centraban en la complejidad 3D y el flujo ascendente bajo las dorsales, este texto habla del flujo horizontal generalizado que domina una vez el material se aleja de la dorsal.
Establece el "estado de referencia" o el cuadro de fondo contra el cual se comparan las anomalías locales y complejas (como las del experimento MELT).
En esencia, este texto describe la arquitectura básica y el motor del movimiento de las placas: una litosfera rígida que se desplaza sobre una astenosfera débil y dúctil que fluye horizontalmente, y cuyo carácter cambia de manera sistemática con el ciclo de vida de la placa oceánica.
Los modelos regionales derivados de ondas superficiales registradas en los experimentos MELT y GLIMPSE muestran una fuerte anomalía somera de baja velocidad hasta aproximadamente 50 km de profundidad, con una amplitud superior al 11\%, alcanzando un máximo en torno a los 10 km de profundidad y desplazada ligeramente hacia el oeste de la dorsal \citep{Dunn2003}.
También revelan una anomalía más profunda de baja velocidad entre unos 50 y 100 km de profundidad, con velocidades mínimas similares a las encontradas en los modelos de escala oceánica: 3.9 (VSV) a 4.15 (VSH) \citep{Dunn2003,HARMON2009,HARMON2011}, pero desplazadas aproximadamente 150 km al oeste de la dorsal (Figura 1).
Algunos modelos promedio unidimensionales \citep{Gu:etal2005,Webb1998} encuentran valores de VSV aún más bajos, hasta 3.7--3.8 km/s entre 50 y 100 km de profundidad para trayectorias a lo largo de la dorsal en el EPR sur.
Estos valores pueden reflejar variaciones en la estructura de velocidades a lo largo de la dorsal, pero también pueden estar sesgados hacia valores bajos debido al enfoque y a trayectorias múltiples; es decir, las bajas velocidades en la dorsal pueden actuar como una guía de ondas y concentrar energía \citep[e.g.,][]{Dunn2003}.
Inmediatamente al este del EPR, la zona más profunda de baja velocidad parece profundizarse (la cobertura de datos no se extiende más allá de unos 200 km de la dorsal), y las velocidades mínimas son aproximadamente 0.1--0.15 km/s más altas que al oeste \citep{Dunn2003,HARMON2009,HARMON2011}.
Un experimento más reciente a través de la joven dorsal oceánica en el Golfo de California \citep{Wang2009} revela un mínimo de velocidad entre 40 y 70 km de profundidad, de amplitud similar a la observada bajo el EPR (VSV = 4.05 $\pm$ 0.05 km/s), con mínimos que no están alineados con la traza superficial de la dorsal.
Este texto se centra en los hallazgos detallados y específicos de los experimentos sísmicos regionales (como MELT y GLIMPSE) bajo las dorsales oceánicas, y contrasta con la visión generalizada del texto anterior.
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal
Las imágenes sísmicas de alta resolución bajo las dorsales revelan una complejidad que los modelos globales no capturan: existen múltiples y asimétricas anomalías de baja velocidad, lo que sugiere un sistema de flujo de manto y fusión mucho más dinámico y desequilibrado de lo que se pensaba.
Explicación Paso a Paso
1. Se Confirma la Complejidad en 3D:
Los experimentos no encuentran una simple burbuja simétrica de material caliente bajo la dorsal. En su lugar, encuentran dos anomalías principales:
Anomalía Sombra (Superficial):
Ubicación: Muy cerca de la superficie (hasta ~50 km), con un máximo a solo ~10 km de profundidad.
Característica clave: Está desplazada hacia el oeste de la dorsal. Esto es una evidencia directa de asimetría.
Anomalía Profunda:
Ubicación: Entre 50 y 100 km de profundidad.
Característica clave: También está desplazada unos 150 km al OESTE de la dorsal. Esto indica que la fuente de calor y fusión no está centrada.
2. Se Miden Velocidades Extremadamente Bajas:
Los valores de velocidad de onda de corte (VSV entre 3.7 y 4.15 km/s) son excepcionalmente bajos, incluso más bajos que el promedio global de ~4.1 km/s mencionado antes.
El texto advierte que estas mediciones podrían estar un poco exageradas por un efecto de "guía de ondas", donde las bajas velocidades atraen y concentran la energía sísmica, haciendo que la anomalía parezca más extrema de lo que es.
3. Se Encuentra una Clara Asimetría Este-Oeste:
Lado Oeste (Placa Pacífica): Tiene las anomalías de baja velocidad más pronunciadas y superficiales.
Lado Este (Placa de Nazca): La zona de baja velocidad es más profunda y las velocidades son ligeramente más altas (menos extremas).
Implicación: El manto bajo la dorsal del Pacífico Oriental (EPR) no es uniforme. Hay una diferencia sistemática en la temperatura, composición o contenido de fundido entre los dos lados de la dorsal.
4. Se Replica el Patrón en Otra Dorsal:
Un experimento en el Golfo de California (otra dorsal joven) encuentra el mismo fenómeno: un mínimo de velocidad que no está alineado con la dorsal en la superficie.
Esto sugiere que la descentración de las anomalías no es un caso único del EPR, sino una característica posiblemente común de los sistemas de dorsales.
En Resumen y Conexión con los Textos Anteriores
Este texto proporciona la evidencia observacional concreta que sustenta las ideas de complejidad presentadas al principio.
Texto 1 (Introducción): Decía "las imágenes sísmicas revelan una complejidad inesperada".
Este Texto: Ejemplifica esa complejidad, mostrando las anomalías desplazadas y la asimetría este-oeste.
Texto 2 (Astenosfera general): Describía un patrón global ordenado y simétrico que se profundiza con la edad.
Este Texto: Muestra que justo en la dorsal (edad ~0 Ma), el patrón es todo menos ordenado; es complejo y asimétrico.
En esencia, este texto nos lleva desde la teoría de la complejidad a la demostración observacional, utilizando los experimentos sísmicos más avanzados para pintar un cuadro detallado de un sistema de dorsales activas que es fundamentalmente tridimensional y dinámico.
Los modelos a escala global y oceánica muestran una clara correlación entre la edad de enfriamiento oceánico y la atenuación \citep[e.g.,][]{Dalton2008,Dalton2009,sheehan1992differential}.
El modelo global más reciente de atenuación de ondas de corte, con correcciones por los efectos de dispersión \citep{Dalton2008}, encuentra valores mínimos de $Q_S$ bajo las dorsales de entre 40 y 70, en comparación con un valor cercano a 80 en modelos globales unidimensionales de atenuación como PREM \citep{Dziewonski1981}.
Estas cifras son consistentes con estudios previos que estimaron valores de $Q_S$ astenosférico por debajo de la litosfera joven en torno a 50 \citep[e.g.,][]{sheehan1992differential}.
Varios otros estudios han hallado valores de $Q_S$ bajo las dorsales al menos 50\% menores que el valor astenosférico de PREM \citep{Bhattacharyya1996,Billien2000,gung2004q}.
Todos estos trabajos utilizaron ondas de periodo largo (en el rango de 10--150 s) y asumieron un $Q_S$ independiente de la frecuencia.
Los modelos globales sólo resuelven anomalías de gran escala (del orden de 1000 km).
Dadas las variaciones rápidas y de gran magnitud esperadas en $Q_S$ por su dependencia exponencial con la temperatura, es probable que subestimen la amplitud de dichas variaciones.
En efecto, estudios regionales de atenuación sugieren una mayor variabilidad \citep{Mitchell1995}.
Por ejemplo, bajo la región Basin and Range, donde $V_S$ astenosférico es tan bajo como el observado bajo las dorsales, se han inferido valores de $Q_S$ tan bajos como 20 \citep{Hwang2009}.
Este texto introduce una propiedad crucial del manto terrestre: la atenuación sísmica (Q), y explica cómo su estudio refuerza la imagen de una astenosfera extremadamente caliente y débil bajo las dorsales.
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal
Los estudios globales y regionales coinciden en que la atenuación sísmica es muy alta (es decir, el valor de Q es muy bajo) bajo las dorsales oceánicas, lo que indica que el material allí es excepcionalmente caliente y capaz de absorber energía. Sin embargo, los modelos globales probablemente subestiman lo extrema que es realmente esta atenuación a escala local.
Explicación Paso a Paso
1. ¿Qué es la Atenuación (Q)?
Es una medida de cuánta energía pierde una onda sísmica al viajar a través de un material.
Un valor de Q bajo significa alta atenuación: el material es muy eficaz absorbiendo la energía de las ondas (se "traga" las vibraciones). Esto es típico de materiales muy calientes, parcialmente fundidos o dúctiles.
Un valor de Q alto significa baja atenuación: el material es elástico y transmite las ondas de manera eficiente (como el acero).
2. Los Hallazgos Consistente en Modelos Globales:
Existe una clara correlación: donde la litosfera es joven y está caliente (bajo las dorsales), la atenuación es máxima (Q es mínimo).
Valores Bajo Dorsales: Los modelos globales encuentran un Qₛ (atenuación de ondas de corte) de entre 40 y 70.
Comparación de Referencia: Esto es significativamente más bajo que el valor de referencia del modelo PREM (Qₛ ~ 80) para la astenosfera promedio. Otros estudios incluso encuentran que Q bajo dorsales es un 50% menor que este valor de referencia.
3. La Limitación Crítica de los Modelos Globales:
Los modelos globales usan ondas de periodo largo y tienen una resolución baja (~1000 km).
El problema: La atenuación depende exponencialmente de la temperatura. Pequeñas zonas extremadamente calientes causarán variaciones muy bruscas y locales en Q.
Conclusión: Los modelos globales, al "suavizar" los datos, suavizan también estas variaciones extremas, por lo que es probable que el valor real de Q bajo el eje de la dorsal sea aún más bajo de lo que estos modelos indican.
4. La Evidencia de los Estudios Regionales (La Realidad es Más Extrema):
Los estudios regionales, con mejor resolución, confirman esta sospecha.
Ejemplo Contundente: Bajo la región "Basin and Range" (una zona continental muy extendida y caliente), donde las velocidades sísmicas (Vₛ) son tan bajas como bajo una dorsal, se han inferido valores de Qₛ tan bajos como 20.
Esto sugiere que bajo las dorsales oceánicas, los "puntos calientes" más extremos podrían tener valores de atenuación igual de dramáticos.
En Resumen y Conexión con los Textos Anteriores
Este texto aporta una línea de evidencia independiente y complementaria a la de las velocidades sísmicas.
Refuerza la Hipótesis Térmica: Las bajísimas velocidades (Vₛ) y la alta atenuación (Q bajo) bajo las dorsales apuntan a la misma causa: temperaturas muy elevadas.
Contextualiza los Hallazgos Previos: El texto sobre el estudio de Saskia Goes (que modelaba los efectos anelásticos) estaba abordando precisamente este fenómeno. La atenuación no es solo un dato curioso, es una variable física clave que debe ser modelada para entender si las bajas velocidades se deben principalmente a temperatura o a fundido.
Resalta la Complejidad: La advertencia de que los modelos globales subestiman la atenuación real encaja perfectamente con la narrativa general de que la estructura real del manto es más compleja y variable de lo que los modelos a gran escala pueden captar.
En esencia, este texto nos dice que el manto bajo las dorsales no solo es lento para transmitir ondas, sino que además es "fangoso" y las absorbe con gran eficacia, pintando el cuadro de un ambiente termomecánicamente extremo.
El único modelo regional disponible de $Q_S$ en dorsales oceánicas, derivado del análisis de los datos de GLIMPSE y MELT, discrepa de los modelos de escala oceánica.
\citep{YANG2007} invirtieron simultáneamente amplitudes y fases de ondas de Rayleigh de modo fundamental (16--67 s) para obtener velocidades de fase y coeficientes de atenuación.
En su inversión, emplearon núcleos de sensibilidad de frecuencia finita bidimensionales, que corrigen los efectos de la dispersión simple sobre la pérdida de amplitud.
Además, consideraron las variaciones de amplitud generadas por el campo de onda incidente mediante una aproximación de dos ondas planas.
Sus modelos muestran que $Q_S$ disminuye con la profundidad hasta alcanzar valores mínimos de 80 $\pm$ 15 en el rango de 50--110 km bajo litosfera de 0--4 Ma (Fig.~\ref{EPR_goes2012}).
Atribuyen sus valores intrínsecos más altos de $Q_S$, en comparación con otros estudios, a una subestimación de los efectos de dispersión en los modelos globales.
A continuación, discutimos primero nuestros métodos de modelado y la sensibilidad de la estructura sísmica isotrópica predicha respecto a la atenuación sísmica y la presencia de fusión parcial.
Posteriormente, realizamos una comparación cualitativa con las restricciones sísmicas sobre la estructura del manto bajo las dorsales oceánicas.
La anisotropía puede contribuir a anomalías de velocidad astenosféricas con variaciones laterales \citep{Ekstrom1998}, pero aquí nos centramos en las estructuras isotrópicas de primer orden.
La estructura sísmica obtenida está fuertemente condicionada por la distribución y el tipo de datos, así como por la parametrización y regularización empleadas en la inversión.
Por ello, también evaluamos cómo se resolverían nuestras estructuras sísmicas sintéticas de dorsal si se sometieran al tipo de inversiones aplicadas a los datos de MELT/GLIMPSE.
\cite{HARMON2009} utilizaron los datos de ondas de Rayleigh de este experimento para invertir un corte transversal bidimensional representativo en función de la edad respecto a la dorsal (Fig.~\ref{EPR_goes2012}).
Dada la bidimensionalidad y simetría de nuestros modelos dinámicos, este es el modelo más apropiado para realizar la comparación.
Este texto es fundamental, ya que presenta la metodología central del estudio y aborda una contradicción clave en los datos existentes. Explica cómo los autores planean resolver la discrepancia entre modelos globales y regionales sobre la atenuación (Q).
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal
El estudio identifica una discrepancia crucial en los valores de atenuación (Q) y propone una metodología rigurosa para resolverla: en lugar de comparar sus modelos teóricos directamente con los datos sísmicos en bruto, los convertirán en "datos sintéticos" y los procesarán de la misma manera que se procesaron los datos reales, permitiendo una comparación justa y significativa.
Explicación Paso a Paso
1. La Discrepancia Clave:
Existe un único modelo regional de Q bajo una dorsal (derivado de los datos de GLIMPSE y MELT) que encuentra valores de Qₛ ~ 80.
Este valor es mucho más alto (menos atenuante) que lo sugerido por los modelos globales (Qₛ de 40-70) y mucho más que las inferencias de otras regiones muy calientes (Qₛ de ~20).
La explicación de los autores de ese modelo (Yang et al., 2007): Argumentan que los modelos globales subestiman los efectos de dispersión (cómo las ondas se desvían), lo que hace que la atenucción intrínseca (la "pegajosidad" real del material) parezca más baja de lo que es.
2. El Plan de Este Estudio (La Metodología Propuesta):
Los autores de este trabajo (Goes et al., 2012) detallan cómo van a proceder para aclarar este conflicto:
Modelado Teórico: Primero, crearán sus modelos teóricos que predicen la temperatura, la presencia de fundido y la estructura sísmica bajo la dorsal.
Análisis de Sensibilidad: Evaluarán cómo la atenuación (Q) y el fundido afectan individualmente a las velocidades sísmicas en sus modelos.
Comparación Cualitativa Inicial: Realizarán una primera comparación general con las observaciones sísmicas.
Enfoque en lo Isotrópico: Se centrarán en la estructura "isotrópica" (promedio, sin considerar la dirección), que es la de primer orden, dejando de lado la complejidad de la anisotropía por ahora.
3. La Innovación Metodológica Crucial (La Parte Más Importante):
Para que la comparación sea válida, deben asegurarse de estar comparando "manzanas con manzanas".
El Problema: La estructura sísmica que se obtiene de los datos reales depende enormemente de cómo se procesan esos datos (la parametrización, la regularización, el tipo de ondas usadas).
La Solución (Muy Rigurosa): En lugar de comparar su modelo teórico ideal con el modelo sísmico observado, van a:
Tomar su modelo teórico y convertirlo en datos sísmicos sintéticos.
Someter estos datos sintéticos al MISMO proceso de inversión que se usó para los datos reales de MELT/GLIMPSE (en concreto, el método de Harmon et al., 2009).
Finalmente, comparar el resultado de su inversión sintética con el resultado de la inversión real.
Esto elimina los sesgos metodológicos y permite saber si las diferencias se deben a la física del modelo o a cómo se interpretaron los datos.
En Resumen
Este texto sienta las bases para un análisis excepcionalmente robusto. Los autores no solo están modelando la física del manto, sino que también están modelando el proceso de observación sísmica itself.
Objetivo Táctico: Determinar si sus modelos geodinámicos pueden reproducir las observaciones sísmicas de MELT/GLIMPSE, incluyendo el controversial valor de Q alto.
Estrategia: Asegurar una comparación justa procesando sus predicciones teóricas de la misma manera imperfecta en que se procesan los datos reales. Esto les permitirá concluir con mucha más confianza si su modelo es realista o no.
¿Cómo conciliar la velocidad de corte y la atenuación?
Ningún modelo logra reproducir simultáneamente las restricciones de atenuación y velocidad en la Dorsal del Pacífico Oriental (EPR, por sus siglas en inglés). Esto deja dos posibles interpretaciones: (1) existen mecanismos adicionales de debilitamiento elástico de la velocidad que desempeñan un papel, como propusieron \citep{YANG2007}; o (2) los resultados de la EPR no son representativos de la atenuación subdorsal (aunque no hemos identificado en el análisis de \citep{YANG2007} ningún aspecto que justifique descartar sus resultados).
La elección entre estas interpretaciones no solo afecta nuestra comprensión de la estructura subdorsal, sino también de la estructura astenosférica en general. Las formulaciones de $Q$ con fuerte dependencia de la temperatura, como $Q_F$ y $Q_g$, no solo reproducen las bajas velocidades astenosféricas bajo las dorsales, sino que también reproducen el rango y la distribución en profundidad de las velocidades sísmicas con la edad bajo océanos más antiguos \citep{Behn2009178,Faul2005119,Priestley:MKenzie:2006,Reynard2010,Shapiro202254.x}. Además, formulaciones anelásticas similares han producido estimaciones razonables de la temperatura bajo continentes, donde los modelos de $V_S$, $V_P$, los datos de flujo de calor superficial y la termobarometría de xenolitos solo pueden conciliarse con la misma estructura térmica si $Q_S$ es tan sensible a la temperatura como lo predicen los modelos $Q_F$ y $Q_g$ \citep{Goes2000,Priestley:MKenzie:2006,Rohm2000,Shapiro2004,Shapiro202254.x}.
Este texto presenta la conclusión central y la implicación más amplia del estudio, situando el problema en un contexto global sobre la naturaleza de la astenosfera.
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal
El estudio llega a un punto muerto: sus modelos no pueden explicar al mismo tiempo las observaciones de baja velocidad y de alta atenuación (Q) bajo la dorsal del Pacífico Oriental. La forma en que resolvamos este rompecabezas local tiene profundas implicaciones para entender la astrofísica en general, y la evidencia sugiere fuertemente que la respuesta correcta es que la atenuación sísmica es extremadamente sensible a la temperatura.
Explicación Paso a Paso
1. El Problema Irresuelto (El Punto Muerto):
Los modelos físicos desarrollados en el estudio no son capaces de predecir simultáneamente las dos observaciones clave bajo la dorsal (EPR):
Las velocidades sísmicas extremadamente bajas.
Los valores de atenuación (Q) relativamente altos reportados por el estudio regional de Yang et al. (2007).
Es un callejón sin salida: puedes ajustar el modelo para que coincida con una de las dos observaciones, pero no con ambas a la vez.
2. Las Dos Interpretaciones Posibles:
Los autores plantean dos caminos para salir de este impasse:
Interpretación 1 (Mecanismos de Debilitamiento Extra): Podría haber otros procesos físicos, aún no considerados en los modelos, que reduzcan la velocidad de las ondas sin afectar fuertemente la atenuación. Esto daría la razón al estudio de Yang et al. (2007).
Interpretación 2 (Los Datos de Q no son Representativos): Los valores de Q altos obtenidos para la EPR podrían ser incorrectos o no ser representativos de las dorsales en general. Los autores son escépticos con esta opción, ya que no encuentran fallos en el análisis de Yang et al.
3. La Implicación Global (Por Qué Este Debate es Importante):
La elección entre estas interpretaciones no es solo un tecnicismo sobre una dorsal en concreto. Afecta a nuestra comprensión de toda la astenosfera.
Si la Interpretación 2 es correcta (y Q es muy sensible a la T): Si descartamos los valores altos de Q de la EPR y aceptamos que la atenuación es extremadamente sensible a la temperatura (como predicen los modelos QF y Qg), entonces estos mismos modelos logran explicar perfectamente:
La estructura sísmica bajo todos los océanos, desde las dorsales jóvenes hasta la litosfera vieja.
La estructura térmica bajo los continentes, donde múltiples líneas de evidencia independientes (velocidades Vp y Vs, flujo de calor, y rocas profundas traídas por volcanes) solo son consistentes entre sí si se asume una atenuación (Q) muy dependiente de la temperatura.
En Resumen
El texto termina llevando el problema local a una conclusión global poderosa:
El Conflicto: Los modelos chocan con los datos de la dorsal del Pacífico Oriental.
La Solución Probable: La evidencia abrumadora de otras partes del mundo (océanos viejos y continentes) apunta a que la Interpretación 2 es la más débil. Lo más plausible es que la atenuación sí sea extremadamente sensible a la temperatura (como en QF/Qg).
La Implicación: Esto significa que la astenosfera en su conjunto—el "asiento" de la tectónica de placas—es una capa cuya propiedad sísmica fundamental (la atenuación) está controlada primordialmente por la temperatura. La acumulación significativa y generalizada de magma no sería necesaria para explicar su comportamiento.
En esencia, los autores, a través de su propio punto de conflicto, terminan argumentando a favor de un principio unificador: la temperatura es el factor dominante que controla las propiedades sísmicas de la astenosfera a escala global.
Esto se ilustra en la Fig.~\ref{Goes2012b}, donde mostramos las velocidades calculadas para un modelo simple de enfriamiento litosférico con una temperatura potencial del manto de 1315$^\circ$C. Los parámetros térmicos utilizados corresponden a \citep{McKenzie2005}, con un espesor litosférico fijado en 400 km para simular enfriamiento en medio espacio. Los cálculos de velocidad incluyen el efecto de la deshidratación, desde condiciones húmedas hasta secas, progresando linealmente entre 85 y 52 km de profundidad, así como el agotamiento en elementos mayores por extracción de fusión entre 85 y 19 km de profundidad, con base en los intervalos de profundidad del modelo 1315D. Las velocidades de enfriamiento en medio espacio se comparan con las velocidades observadas en función de la edad de la litosfera oceánica reportadas por \cite{Nishimura:Forsyth1989} y complementadas con curvas para 2 y 6 Ma por \citep{YANG2007}, para un rango de frecuencias similar al de los datos empleados en dichos estudios. Otros modelos sísmicos producen distribuciones edad--velocidad comparables \citep{maggi2006multimode,Ritzwoller200469}. Cabe señalar que los perfiles de \citep{Nishimura:Forsyth1989} fueron condicionados para ser suaves y, por tanto, no se esperaba que presentaran inflexiones como las que aquí predecimos como efecto de la deshidratación; sin embargo, los perfiles más jóvenes de \citep{YANG2007} sí lograron resolver dicha inflexión.
Este texto describe una figura clave (Fig. ~\ref{Goes2012b}) en la que los autores demuestran visualmente su argumento principal: que un modelo térmico simple, combinado con efectos de composición (deshidratación y extracción de fundido), puede explicar las observaciones sísmicas a gran escala bajo los océanos.
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal
Los autores presentan un modelo unificado que, utilizando solo un proceso de enfriamiento térmico estándar y cambios composicionales predecibles, es capaz de reproducir la evolución de las velocidades sísmicas a medida que la litosfera oceánica envejece, proporcionando así un fuerte apoyo a la hipótesis de que la temperatura es el control principal.
Explicación Paso a Paso
1. El Modelo de Referencia ("Línea Base"):
Base Térmica: Utilizan un modelo muy simple y establecido de enfriamiento de la litosfera oceánica (como el de McKenzie et al., 2005), partiendo de una temperatura de manto de 1315°C.
Espesor Litosférico: Fijan un límite de 400 km para simular el enfriamiento en un "medio espacio" seminfinito.
2. Los Efectos No-Térmicos Clave (La Sofisticación del Modelo):
Para hacer el modelo más realista, incluyen dos efectos composicionales cruciales que afectan a la velocidad sísmica:
a) Deshidratación:
¿Qué es? Los minerales del manto pierden su agua (se "secan") a medida que ascienden y se funden. El material seco es más rígido y tiene velocidades sísmicas más altas.
Cómo lo modelan: La transición de condiciones húmedas a secas ocurre de forma lineal entre 85 y 52 km de profundidad.
b) Agotamiento por Fusión:
¿Qué es? Cuando el manto se funde para producir magma basáltico, los elementos que forman el basalto son extraídos. La roca residual que queda ("residuo") tiene una composición diferente y es más refractaria, lo que también afecta su velocidad sísmica.
Cómo lo modelan: Este agotamiento ocurre entre 85 y 19 km de profundidad, que es el rango donde se genera la mayor parte del fundido.
3. La Comparación con los Datos del Mundo Real:
Comparan las velocidades predichas por su modelo con las velocidades observadas publicadas en estudios clásicos (Nishimura & Forsyth, 1989; Yang et al., 2007).
La comparación se hace en función de la edad de la litosfera oceánica, que es el principal control de su temperatura.
4. Un Hallazgo Importante y una Aclaración:
La "Inflexión" Predicha: Su modelo predice una "inflexión" o cambio de curvatura en el perfil de velocidad a una profundidad específica, causada principalmente por el efecto de la deshidratación.
Consistencia con los Datos: Señalan que los datos de alta resolución de Yang et al. (2007) para litosfera joven SÍ lograron detectar esta inflexión, lo que valida su modelo.
Por qué otros modelos no la ven: Explican que el estudio más antiguo de Nishimura & Forsyth (1989) utilizó un método de suavizado que, por diseño, eliminaría este tipo de características detalladas.
En Resumen y Conexión
Esta figura es la evidencia de apoyo para la conclusión del texto anterior.
Texto Anterior (Conclusión): Argumentaba que los modelos con una atenuación (Q) muy sensible a la temperatura explican las observaciones globales.
Este Texto (Evidencia): Muestra que un modelo puramente térmico-composicional (sin necesidad de grandes acumulaciones de magma) puede reproducir con éxito la evolución de las velocidades sísmicas a lo largo de la vida de una placa oceánica.
En esencia, los autores están demostrando que la complejidad de la estructura sísmica oceánica a gran escala puede entenderse como la consecuencia de un proceso simple (enfriamiento) modificado por unos pocos procesos geoquímicos predecibles (deshidratación y extracción de fundido). Esto refuerza su visión de un sistema controlado termodinámicamente.
De los tres modelos de anelasticidad considerados, el modelo de anelasticidad $Q_F$, que fue parcialmente ajustado para reproducir perfiles de velocidad oceánicos \citep{Behn2009178,Faul2005119}, es el que mejor concuerda con el rango y la tendencia en profundidad de las velocidades obtenidas por imagen (Figura 12a). Nótese que las incertidumbres en el rango sintético de velocidades con la temperatura y su variación con la profundidad son significativamente menores que las incertidumbres en los valores absolutos de velocidad \citep{Cammarano2003}. El conjunto de datos utilizado por \cite{Nishimura1989} probablemente presenta efectos de resolución dependientes de la frecuencia similares a los observados por \cite{HARMON2009}, donde el gradiente resuelto es menos intenso que el gradiente real. Tales efectos de resolución deteriorarían la concordancia. El modelo $Q_g$ (Figura 12b) reproduce adecuadamente el rango de velocidades en torno a los 50 km de profundidad, pero sobreestima las velocidades observadas por debajo de los 100 km. En este caso, los efectos de resolución tomográfica podrían mejorar en parte el ajuste. El modelo $Q_Y$ (Fig.~\ref{Goes2012b}) concuerda con las velocidades de las edades más antiguas (perfiles de 36 Ma y mayores) a profundidades cercanas a los 50 km, pero sobreestima las velocidades de las edades más jóvenes, donde \citep{YANG2007} propusieron una contribución significativa de fusión parcial. Al igual que $Q_g$, $Q_Y$ también predice velocidades excesivamente altas por debajo de los 100 km, y en este caso nuestras pruebas de resolución muestran que, debido a la baja sensibilidad en frecuencias bajas, los efectos de imagen difícilmente mejorarán la concordancia.
Este texto presenta los resultados específicos de la comparación entre los diferentes modelos de atenuación (Q) y los datos sísmicos observados. Es la conclusión práctica del análisis.
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal
De los tres modelos de atenuación probados, el modelo QF es el que mejor reproduce las observaciones sísmicas a través de las diferentes edades y profundidades de la litosfera oceánica. Los otros modelos (Qg y QY) fallan en reproducir aspectos clave, especialmente a grandes profundidades.
Explicación Paso a Paso
Los autores evaluaron tres formas diferentes (modelos) de calcular cómo la atenuación (Q) depende de la temperatura. Aquí están los resultados para cada uno:
1. El Modelo Ganador: QF
Resultado: Es el que mejor se ajusta al rango y la tendencia general de las velocidades sísmicas observadas.
Característica clave: Este modelo fue "ajustado" previamente por otros científicos para que coincidiera con los datos oceánicos, y este estudio confirma que esa calibración es correcta.
Un Matiz Importante: Los autores aclaran que la tendencia (cómo cambia la velocidad con la profundidad) es más confiable que el valor absoluto exacto de la velocidad, debido a incertidumbres en los datos. Además, los efectos de resolución de los modelos sísmicos reales probablemente empeoran artificialmente el ajuste, lo que significa que el modelo QF podría ser aún mejor de lo que parece.
2. El Modelo en Segundo Lugar: Qg
Resultado: Tiene un desempeño moderado.
Acierto: Logra reproducir bien el rango de velocidades alrededor de los 50 km de profundidad.
Fallo: Sobreestima las velocidades (predice un manto más "rígido") por debajo de los 100 km, lo que no concuerda con las observaciones. Los autores sugieren que los efectos de resolución podrían enmascarar parcialmente este desacuerdo.
3. El Modelo que Peor se Desempeña: QY
Resultado: Es el menos exitoso en reproducir las observaciones.
Acierto Parcial: Solo concuerda con las velocidades de la litosfera más vieja (≥ 36 Ma) y solo a ~50 km de profundidad.
Fallos Graves:
Sobreestima las velocidades en litosfera joven: Falla justo donde el fundido es más importante (como había propuesto el estudio de Yang et al., 2007), sugiriendo que este modelo no captura el efecto de debilitamiento del fundido.
Sobreestima las velocidades a grandes profundidades: Al igual que Qg, predice un manto demasiado rígido por debajo de los 100 km.
Problema Irremediable: A diferencia de Qg, las pruebas de los autores muestran que los efectos de resolución no pueden salvar este modelo. La discrepancia es real y fundamental.
En Resumen
Este análisis actúa como un "desempate" científico entre las diferentes teorías sobre cómo se comporta la atenuación en el manto.
QF se consolida como el modelo más realista, ya que puede reproducir la estructura sísmica desde las dorsales jóvenes hasta la litosfera vieja y profunda.
Los otros modelos (especialmente QY) son insuficientes porque no logran capturar la "suavidad" y las bajas velocidades del manto profundo y caliente, lo que sugiere que subestiman la profunda dependencia de la atenuación con la temperatura.
En el contexto del debate general, este resultado fortalece la conclusión de que la temperatura es el factor dominante y que los modelos que mejor capturan su efecto (como QF) son los más adecuados para entender la astenosfera a escala global.
Como ya se mostró en el modelo de dorsal de la Figura 8, el modelo $Q_F$ es sustancialmente más atenuante que los valores de $Q$ observados. El modelo $Q_g$ presenta mayor atenuación por encima de los 100 km, pero dentro del rango globalmente observado por debajo de esta profundidad, mientras que el modelo $Q_Y$ coincide mejor con las estimaciones globales y de la EPR. Aunque $Q_F$ y $Q_g$ no reproducen bien las estimaciones de atenuación en la EPR, no es tan evidente que sean incompatibles con otros modelos tomográficos de $Q$, dado que (1) la resolución de los modelos de atenuación es generalmente más baja que la de los modelos de velocidad, y (2) es difícil separar las contribuciones de la dispersión y la atenuación intrínseca en las variaciones de amplitud de ondas. Estudios regionales suelen resolver variaciones de atenuación más fuertes que los modelos globales, y el rango encontrado es bastante consistente con las variaciones de $Q_S$ predichas para interpretaciones térmicas de velocidades litosféricas y astenosféricas observadas, con atenuación de tipo $Q_g$ \citep{Hwang2009,Hwang2011}. Sin embargo, aunque estas imágenes de atenuación se correlacionan con patrones tectónicos y de flujo de calor, los datos pueden contener una contribución significativa de dispersión si sus efectos son de gran escala y correlacionados con rasgos tectónicos. En tal caso, la atenuación intrínseca sería demasiado baja para explicar las bajas velocidades astenosféricas no sólo bajo dorsales, sino también bajo océanos más antiguos y amplias porciones de los continentes.
Este texto aborda la aparente contradicción final y explora sus consecuencias de gran alcance. Reconoce que el modelo térmico ganador (QF) no coincide con las mediciones directas de atenuación (Q) en la dorsal, pero argumenta por qué esto podría no invalidar el modelo.
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal
Existe una tensión entre los modelos que mejor explican las velocidades sísmicas (QF y Qg, muy sensibles a la temperatura) y las mediciones directas de atenuación (Q) en la dorsal, que muestran valores menos extremos. Sin embargo, la incertidumbre en las mediciones de Q es tan alta que no se puede descartar el modelo térmico. Si las mediciones de Q fueran correctas, tendríamos un problema mayor para explicar las bajas velocidades en casi todo el planeta.
Explicación Paso a Paso
1. La Tensión o Contradicción:
Modelos Ganadores (QF/Qg): Son "sustancialmente más atenuantes" (predicen un Q más bajo) de lo que se midió directamente en la dorsal del Pacífico Oriental (EPR).
Modelo Perdedor (QY): Es el que mejor coincide con las mediciones de Q de la EPR.
El Problema: El modelo que mejor explica las velocidades (QF) es el que peor coincide con las mediciones directas de atenuación.
2. Las Razones para la Incertidumbre en Q:
Los
autores presentan dos razones clave por las que las mediciones de Q
podrían estar subestimando la atenuación real (es decir, reportando un Q
más alto del real):
1. Baja Resolución: Los modelos de Q tienen una resolución peor que los de velocidad, por lo que suavizan y diluyen las anomalías más extremas.
2. El Problema de la Separación: Es muy difícil distinguir en los datos cuánta de la pérdida de amplitud de una onda se debe a la atenuación intrínseca (el calor y la "pegajosidad" del material) y cuánta se debe a la dispersión (las ondas se desvían y se dispersan por heterogeneidades).
3. La Evidencia que Apoya a los Modelos Térmicos (QF/Qg):
Los estudios regionales, que tienen mejor resolución, a menudo encuentran una atenuación mucho más fuerte (Q más bajo), y estos valores sí son consistentes con lo que predicen los modelos Qg y QF.
4. La Implicación Radical (La Consecuencia de Equivocarse):
El texto termina con un argumento poderoso que inclina la balanza:
Si las mediciones de Q alto en la EPR son correctas (es decir, si la atenuación intrínseca es baja)...
Entonces no solo tendríamos un problema para explicar las bajas velocidades bajo las dorsales, sino que tendríamos un problema mucho mayor y global.
No podríamos explicar las bajas velocidades de la astenosfera bajo océanos viejos y bajo grandes porciones de los continentes usando solo la temperatura.
Esto nos forzaría a invocar la presencia de grandes cantidades de magma de forma permanente y globalmente extendida, algo para lo que no hay evidencia petrológica o geoquímica.
En Resumen
Los autores están haciendo una apuesta científica basada en la coherencia global:
Opción A (la de ellos): Confiar en los modelos térmicos (QF/Qg) que explican de manera unificada las velocísimas en dorsales, océanos viejos y continentes, asumiendo que las mediciones directas de Q en la dorsal están sesgadas.
Opción B (la alternativa): Dar por válidas las mediciones de Q de la dorsal, pero eso nos dejaría sin una explicación satisfactoria para la astenosfera en el resto del planeta, obligándonos a recurrir a hipótesis más extremas y menos apoyadas (como magma everywhere).
Al presentar el problema de esta manera, argumentan que, a pesar de la contradicción local, la visión térmica (Opción A) es la más parsimoniosa y coherente con el cuadro global.
Si la atenuación no puede explicar las bajas velocidades astenosféricas, otros mecanismos de debilitamiento elástico deben intervenir. Para que la fusión contribuya de manera significativa, sería necesaria una retención de fundido de un factor 3–5 mayor. Esto resulta problemático, ya que nuestros modelos ya maximizan tanto la retención de fundido como la sensibilidad de las velocidades de ondas de cizalla a la fusión. Además, dicha retención elevada solo concilia las restricciones de $V_S$ y $Q_S$ si la fusión no afecta la atenuación, algo aún en debate \citep{Faul2004,Hammond2000,McCarthy2011}. Si el mecanismo de reducción de velocidad es la presencia de fundido, la astenosfera debería contener fracciones pervasivas de 0.1–0.5\% como mínimo, asumiendo sensibilidades sísmicas elevadas de $\sim$8\% $\Delta V_S$/\% de fundido. Si la sensibilidad fuera menor, serían necesarias fracciones aún mayores. Tales sensibilidades altas se esperan si el fundido está presente en películas a lo largo de los límites de grano. Sin embargo, las fracciones elevadas implícitas requerirían una migración de fundido mucho menos eficiente que la inferida en los modelos actuales de transporte de fusión, especialmente dado que la geometría en película tiende a facilitar dicha migración. Por lo tanto, la fusión no parece un buen candidato para explicar las velocidades astenosféricas.
Este texto presenta un argumento decisivo en contra de la hipótesis de que el magma (fundido) sea la causa principal de las bajas velocidades sísmicas en la astenosfera a escala global.
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal
Si la atenuación térmica no es la responsable, entonces la única alternativa es el fundido. Sin embargo, los cálculos muestran que se necesitarían cantidades de magma mucho mayores de lo que es físicamente plausible, lo que convierte a esta explicación en un mecanismo inviable.
Explicación Paso a Paso
1. El Escenario Hipotético:
Los
autores se plantean: "Supongamos que tenemos razón y el modelo térmico
QF es incorrecto. ¿Puede el fundido por sí solo explicar las bajas
velocidades?"
2. La Cantidad de Fundido Requerida es Prohibitiva:
Para que el fundido sea la causa principal, los cálculos indican que se necesitaría de 3 a 5 veces más magma retenido de lo que sus modelos actuales ya consideran (modelos que ya son generosos en la retención de fundido).
Esto implica que la astenosfera tendría que contener de forma generalizada y permanente al menos entre un 0.1% y un 0.5% de fundido.
3. Los Problemas Insuperables de esta Hipótesis:
Los autores explican por qué esta idea es tan problemática:
a) Conflicto con la Atenuación (Q): Esta gran cantidad de fundido solo podría reconciliarse con las mediciones de atenuación (Q) si asumimos que el fundido no afecta a la atenuación, algo que está en debate y no es un hecho establecido.
b) Conflicto con la Migración del Magma: La cantidad de fundido requerida (0.1-0.5%) es demasiado alta para que no ascienda rápidamente. Los modelos actuales de cómo migra el magma predicen que sería eliminado de manera mucho más eficiente de lo que esta hipótesis requiere. Especialmente si el fundido forma "películas" entre los granos (la microestructura que más afecta a las velocidades sísmicas), esto facilitaría su escape, no su retención.
c) Un Círculo Vicioso: Para necesitar menos cantidad de fundido, la "sensibilidad sísmica" (cuánto reduce la velocidad cada 1% de fundido) tendría que ser muy alta. Pero incluso asumiendo sensibilidades altas y optimistas (~8% de reducción de Vₛ por 1% de fundido), las fracciones de fundido necesarias siguen siendo demasiado grandes y problemáticas.
En Resumen
Este párrafo es la conclusión lógica de toda la discusión anterior. Los autores han demostrado que:
Los modelos térmicos (QF/Qg) explican de manera coherente las observaciones globales de velocidad, pero chocan con algunas mediciones directas de atenuación.
La alternativa del fundido requiere condiciones físicamente poco realistas: cantidades de magma demasiado grandes que no podrían permanecer retenidas en el manto sin ascender.
Por lo tanto, aunque no sea perfecto, el modelo térmico sigue siendo la mejor explicación disponible. La hipótesis del fundido como causa generalizada resulta aún más problemática y conlleva más inconsistencias que la explicación térmica.
En esencia, este es un argumento por descarte: descartan la viabilidad de la explicación alternativa (el fundido), lo que fortalece indirectamente su conclusión inicial de que la temperatura y la atenuación anelástica son los controles primarios de la astenosfera.
Otros mecanismos podrían intervenir. Por ejemplo, \citep{Reynard2010} mostraron que una transición de fase de alto contenido térmico en ortopiroxeno se asocia a un debilitamiento elástico significativo. Aunque este mecanismo probablemente afecta solo a las velocidades litosféricas y no a las astenosféricas \citep{Reynard2010}, otras transiciones de fase mineral podrían tener efectos similares dentro del rango de P–T de la astenosfera.
De manera crucial, los modelos de $Q$ que reproducen las velocidades astenosféricas sin requerir grandes fracciones de fusión ni otros parámetros de debilitamiento elástico son los que están más estrechamente respaldados por datos experimentales. El único aspecto que no concuerda bien es la variación con la profundidad, ya que los experimentos no constriñen la dependencia con la presión. Probamos con un aumento del volumen de activación en las formulaciones, pero esto no mejora el ajuste, ya que también reduce la sensibilidad térmica por encima de los 150 km. Se requiere, por tanto, una dependencia más no lineal con la profundidad (nótese que la parametrización empírica de $Q_g$ implica un $V^*$ que varía con la profundidad).
Idea Principal
Después de descartar el fundido como explicación general, los autores consideran brevemente otros mecanismos elásticos, pero concluyen que los modelos de atenuación (Q) respaldados experimentalmente siguen siendo la mejor explicación, a pesar de una discrepancia menor en el perfil de profundidad que señala un área para futuras investigaciones.
Explicación Paso a Paso
1. Mecanismos Alternativos (Una Puerta Abierta, Pero No la Solución):
Los autores reconocen que podrían existir otros procesos. Mencionan, por ejemplo, que los cambios de fase mineral (como una transformación en el mineral ortopiroxeno) pueden debilitar la roca y reducir las velocidades sísmicas.
Sin embargo, inmediatamente matizan que es probable que este mecanismo en concreto solo afecte a la litosfera, no a la astenosfera profunda que es el tema central.
La mención sirve para mostrar que son conscientes de otras posibilidades, pero que ninguna se presenta actualmente como un sustituto viable.
2. El Veredicto Final: Los Modelos de Q son los Mejor Respaldados
La conclusión fundamental se reafirma: los modelos de atenuación (Q) que logran explicar las bajas velocidades astenosféricas sin necesidad de grandes cantidades de fundido u otros parámetros "ad hoc" son los que tienen un respaldo experimental más sólido.
Esto significa que la física subyacente a estos modelos (la dependencia de Q con la temperatura) está medida directamente en laboratorio, lo que les da una base muy fuerte.
3. La Única Discrepancia Restante (y por qué es manejable):
El Problema: El único desajuste persistente es la variación con la profundidad (presión). Los modelos predicen un perfil ligeramente diferente al observado.
La Razón: Los experimentos de laboratorio no logran determinar con precisión cómo depende la atenuación de la presión, solo de la temperatura.
Sus Intentos de Solución: Probaron ajustar el modelo para que la presión tuviera un efecto mayor, pero esto empeoraba el ajuste a profundidades menores (por encima de 150 km).
La Implicación: La solución probable requiere una dependencia más compleja y no lineal con la profundidad (como la que tiene implícita la parametrización Qg). Esto no invalida el modelo térmico, sino que señala un detalle específico que necesita refinamiento futuro.
En Resumen
El estudio cierra su argumento con un mensaje claro y matizado:
Fuerza del Modelo Térmico: Es la explicación más robusta, basada en datos experimentales y capaz de explicar observaciones globales sin requerir hipótesis auxiliares inviables (como grandes acumulaciones de magma).
Un Cabo Suelto Científico: Identifican con precisión la única área donde su modelo no ajusta perfectamente (la dependencia con la presión), mostrando honestidad intelectual y delineando el camino para la investigación futura.
En esencia, los autores han presentado un caso muy sólido de que la astrofísica es fundamentalmente una capa térmica, cuya firma sísmica está controlada predominantemente por la atenuación anelástica dependiente de la temperatura. Cualquier otra explicación introduce más problemas de los que resuelve.
\cite{Karato:2012} sugirió que los modelos experimentales de atenuación pueden generar un límite de velocidad abrupto similar a la discontinuidad sísmica de la LAB, a la profundidad de deshidratación, cuando este proceso es asistido por un cambio en el mecanismo de deformación anelástica, desde el deslizamiento de bordes de grano acomodado elásticamente (EBS) a bajas temperaturas hacia el creep por difusión a mayores profundidades. En pruebas con una versión del modelo $Q_F$ que incluye la relajación debida a EBS \citep{Jackson_2010}, encontramos que este mecanismo no intensifica el salto. Sin embargo, si la deshidratación en el modelo oceánico de enfriamiento ocurre en un intervalo de apenas unos pocos kilómetros, a profundidades poco profundas (50–60 km) donde los efectos de atenuación son más intensos, junto con un aumento en la sensibilidad de $Q$ a la hidratación ($r = 2$), se genera un límite más abrupto que en los modelos presentados. Aunque el salto se suaviza con la edad, es posible obtener un escalón de varios por ciento en $V_S$ en intervalos de varios kilómetros para litosfera oceánica de hasta 80–90 Ma.
En resumen, la estructura de velocidades subdorsales y astenosféricas globales puede explicarse con cantidades muy bajas de fundido retenido, en concordancia con restricciones petrológicas y geoquímicas, a temperaturas consistentes con modelos térmicos que ajustan el flujo de calor y la batimetría oceánica, y mediante modelos de atenuación compatibles con datos experimentales de anelasticidad y estimaciones sísmicas de $Q_S$ mínimo. Sin embargo, esta interpretación implica que los valores elevados de $Q_S$ inferidos en el único estudio detallado de atenuación subdorsal son de algún modo anómalos \citep{YANG2007}. Este análisis no ha considerado los efectos de la anisotropía (más allá de la incertidumbre en la velocidad isotrópica absoluta), que pueden variar con la edad y la profundidad, y tener implicaciones sobre los tamaños de grano aceptables \citep{Behn2009178}, además de afectar la atenuación astenosférica \citep{Farla2012}.
Este párrafo final consolida la conclusión del estudio y reconoce abiertamente sus limitaciones y las preguntas que quedan sin resolver. Es un excelente resumen del estado del arte.
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal
El estudio concluye que un modelo puramente térmico y anelástico, con muy poco fundido retenido, es la explicación más coherente para las observaciones globales. Sin embargo, esta conclusión requiere descartar un conjunto de datos clave (el estudio de Yang et al., 2007) y deja fuera factores complejos como la anisotropía, que podrían alterar la interpretación.
Explicación Paso a Paso
1. Refinando un Mecanismo Específico: La LAB Aguda
Los autores exploran una hipótesis específica de Karato (2012) sobre qué causa el límite litosfera-astenosfera (LAB) tan marcado que se observa sísmicamente.
Mecanismo Probado: Una transición en el mecanismo de deformación (de EBS a "creep por difusión") asistida por deshidratación.
Su Hallazgo: Este mecanismo por sí solo no crea un salto lo suficientemente brusco.
Condiciones para que Funcione: Descubren que para generar un LAB abrupto, la deshidratación debe ocurrir en un intervalo muy estrecho (unos pocos km) a profundidades someras (50-60 km) donde los efectos de la atenuación son máximos. Bajo estas condiciones específicas, el modelo sí puede reproducir la discontinuidad observada.
2. La Conclusión General Unificada (El Mensaje Principal)
Los autores sintetizan todo su trabajo en una afirmación poderosa y unificadora:
La
estructura sísmica global de la astenosfera y las dorsales puede
explicarse de manera consistente si se aceptan estos tres puntos:
Muy poco fundido retenido (coherente con la petrología y geoquímica).
Temperaturas que concuerdan con los modelos térmicos estándar.
Modelos de atenuación (Q) que son compatibles con los datos experimentales.
3. Las Concesiones y Limitaciones Críticas (Los "Peros" Importantes)
Para ser rigurosos, los autores deben admitir los puntos débiles de su conclusión:
El "Elefante en la Habitación": Su interpretación choca frontalmente con el estudio de atenuación regional de Yang et al. (2007). Para mantener su modelo, tienen que concluir que esos valores de Q altos son de algún modo anómalos o incorrectos.
Lo que se Dejó Fuera: Su análisis no incluyó los efectos de la anisotropía. Este es un punto crucial, porque:
La anisotropía varía con la edad y la profundidad.
Afecta a las estimaciones del tamaño de grano del manto.
¡Y también influye en la atenuación sísmica! Ignorar este factor significa que su modelo, aunque robusto, es una simplificación de una realidad más compleja.
En Resumen
Este párrafo cierra el círculo de manera elegante y honesta:
Afirmación Central: "Tenemos un modelo coherente que explica las observaciones globales usando solo física bien entendida (temperatura y atenuación), sin necesidad de mecanismos exóticos o grandes cantidades de magma".
Reconocimiento de Debilidades: "Pero para creerlo, deben aceptar que este otro estudio está equivocado, y estamos ignorando la complejidad adicional de la anisotropía".
En esencia, los autores presentan su modelo como el mejor explicación disponible en este momento, pero dejan claro que el debate no está completamente cerrado y que futuros estudios que incorporen la anisotropía serán esenciales para refinar o desafiar sus conclusiones.
Los modelos de \cite{SaskiaGoes2012} consideran un espaciado simétrico sobre un manto homogéneo que únicamente evoluciona en respuesta a la extracción continua de fundido. Sin embargo, uno de los aspectos más enigmáticos de las imágenes del experimento \emph{MELT} ha sido su asimetría, la cual, con la incorporación de los datos de \emph{GLIMPSE}, se ha demostrado que constituye una manifestación de una marcada tridimensionalidad \citep{Gu:etal2005,HARMON2011}. A partir de las anomalías magnéticas, el espaciado del fondo oceánico ha sido simétrico y la dorsal migra hacia el oeste a una tasa de aproximadamente 3 cm/año \citep{Scheirer1996}. La subsidencia ha sido asimétrica: el flanco occidental de la dorsal se hunde más lentamente que el flanco oriental. Esto es coherente con la estructura litosférica observada, que se muestra más lenta y delgada en el lado occidental que en el oriental, donde el canal astenosférico de baja velocidad se encuentra a mayor profundidad (Fig.~\ref{EPR_goes2012}). La asimetría ha sido atribuida al movimiento del manto profundo, por debajo de la astenosfera, en relación con la dorsal, lo que resulta en un ascenso pasivo del manto sesgado y potenciado por un influjo de astenosfera caliente desde el oeste \citep{Carbotte2004,Conder2002,TOOMEY2002287}.
Perfecto, este texto introduce un nivel adicional de complejidad que los modelos simplificados (como el de Goes et al., 2012) no pueden capturar: la asimetría y la tridimensionalidad (3D) del sistema de dorsales.
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal
A pesar de que la corteza oceánica se crea de manera simétrica, el manto subyacente bajo la Dorsal del Pacífico Oriental (EPR) es profundamente asimétrico y tridimensional. Esta asimetría está controlada por un flujo de manto a gran escala que distorsiona el ascenso del material y conduce a diferencias sistemáticas entre los dos lados de la dorsal.
Explicación Paso a Paso
1. La Limitación de los Modelos Simétricos:
Se señala que el modelo de Goes et al. (2012) y otros similares asumen una dorsal simétrica sobre un manto homogéneo.
Esta es una simplificación útil, pero no refleja la realidad observada.
2. La Evidencia Observacional de la Asimetría:
Los
datos de los experimentos MELT y GLIMPSE revelan que el sistema es
complejo en 3D. Las observaciones clave que demuestran la asimetría son:
Subsidencia Asimétrica: El fondo marino del lado oeste de la dorsal se hunde más lentamente que el del lado este.
Estructura Litosférica Asimétrica: La litosfera en el lado oeste es más delgada y tiene velocidades más bajas (es decir, está más caliente).
Estructura Astenosférica Asimétrica: El canal de baja velocidad (astenosfera caliente) en el lado este se encuentra a mayor profundidad (está más hundido).
3. La Causa Propuesta: Un Flujo de Manto a Gran Escala
La explicación más coherente para esta asimetría es un movimiento del manto profundo en relación con la dorsal misma.
El Escenario: La dorsal está migrando hacia el oeste a unos 3 cm/año. Mientras lo hace, el manto profundo relativamente estacionario fluye en relación con ella.
El Mecanismo: Este flujo relativo resulta en un ascenso "sesgado" o inclinado del manto. No asciende verticalmente bajo la dorsal, sino de forma diagonal.
El Resultado: El modelo sugiere que hay un mayor aporte de astenosfera caliente desde el oeste. Esto explica por qué el flanco occidental es más caliente (con litosfera más delgada y velocidades más bajas) que el oriental.
En Resumen y Conexión con el Estudio Anterior
Este texto sitúa el estudio de Goes et al. (2012) en su contexto adecuado:
Goes et al. (2012): Se centraron en entender los principios físicos fundamentales (térmicos vs. fundido) que controlan las propiedades sísmicas a gran escala, para lo cual un modelo 2D simétrico es una aproximación válida y poderosa.
Este Texto: Explica que, una vez entendidos esos principios, la siguiente capa de complejidad es la estructura 3D y asimétrica, que está controlada por la dinámica del flujo del manto a mayor escala.
En esencia, este texto nos dice: "Sí, los procesos térmicos y anelásticos son el motor fundamental, pero la plomería del manto es desordenada y asimétrica. El flujo real del manto no es un simple ascenso simétrico, sino un proceso dinámico y sesgado por el movimiento de las placas sobre un manto que se mueve a su propio ritmo".
En contraste con nuestros modelos de espaciado, las velocidades más bajas observadas se encuentran desplazadas respecto de la dorsal. Incluso en los modelos en los que imponemos una dorsal migratoria, encontramos que la zona de fusión y, con ella, el mínimo de velocidad, se concentran bajo la dorsal, en concordancia con estudios de modelado previos \citep{Conder2002,TOOMEY2002287}. Dichos modelos anteriores se centraban en reproducir una zona de fusión asimétrica. Sin embargo, como se discutió anteriormente, las velocidades astenosféricas pueden no reflejar fuertemente la presencia de fusión; es decir, otros factores son probablemente responsables de las variaciones laterales en las velocidades astenosféricas y de la asimetría respecto de la posición de la dorsal.
Los modelos más calientes y con mayor contenido de agua muestran que el rango de bajas velocidades observadas podría reproducirse con cierta variabilidad lateral en la temperatura o en el contenido de agua. Pequeñas variaciones laterales en las condiciones físicas también pueden ser suficientes para generar una zona de fusión asimétrica \citep{Katz2010}, lo que podría explicar la asimetría de la anomalía de baja velocidad por encima de los 60 km de profundidad, observada por \citep{Dunn2003}. Variaciones en la temperatura o en el contenido de agua de la astenosfera estarían acompañadas de una variabilidad lateral en el contenido de fusión retenida; no obstante, incluso en nuestros modelos más calientes y húmedos, las cantidades retenidas son $<0.2\%$. Cabe destacar que nuestra elección de parámetros de permeabilidad de fusión favoreció la retención de fundido. Para tamaños de grano mayores (como los inferidos, por ejemplo, por \citealt{Behn2009178}), la migración de fusión sería más eficiente y las bajas velocidades astenosféricas se verían aún menos afectadas por la presencia de fundido. Además, seleccionamos valores relativamente altos para la sensibilidad sísmica a la fusión.
Este texto es crucial, ya que los autores reconocen la principal discrepancia entre sus modelos y las observaciones y exploran las implicaciones de esta discrepancia, lo que lleva su conclusión central un paso más allá.
Aquí tienes la explicación desglosada:
Idea Principal
Aunque los modelos dinámicos pueden reproducir una zona de fusión asimétrica, no logran reproducir la asimetría en las velocidades sísmicas profundas. Esto refuerza su argumento principal: las variaciones de velocidad en la astenosfera no están controladas principalmente por el fundido, sino por otros factores como variaciones laterales en la temperatura o el contenido de agua.
Explicación Paso a Paso
1. La Discrepancia Clave: La Ubicación del Mínimo de Velocidad
Observación: Las velocidades sísmicas más bajas (el "mínimo") están desplazadas lateralmente de la dorsal.
Predicción del Modelo: Incluso en sus modelos más realistas que incluyen la migración de la dorsal, la zona de fusión y el mínimo de velocidad se mantienen concentrados directamente bajo la dorsal.
Implicación: Sus modelos, que se centran en el fundido y la temperatura a gran escala, no pueden explicar la desconexión observada entre la dorsal y la anomalía sísmica profunda.
2. Reafirmación de la Hipótesis Central (Fundido vs. Temperatura/Agua)
Los autores utilizan esta discrepancia para fortalecer su argumento principal:
Dado que las velocidades astenosféricas no están fuertemente influenciadas por el fundido (como argumentaron anteriormente), la asimetría en las velocidades debe deberse a otra cosa.
Proponen que variaciones laterales en la temperatura o el contenido de agua del manto son los candidatos más probables para crear esta asimetría.
3. Un Argumento por Exclusión (Y por ser Conservadores)
Los
autores demuestran que incluso si se fuerzan los parámetros del modelo
para maximizar la retención de fundido, este sigue sin ser un factor
significativo:
Escenarios Extremos: En sus modelos "más calientes y húmedos", la retención de fundido es inferior al 0.2%, una cantidad demasiado baja para afectar drásticamente las velocidades.
Sesgo a Favor del Fundido: Destacan que deliberadamente eligieron parámetros que favorecen la retención de fundido (alta permeabilidad, alta sensibilidad sísmica al fundido).
La Realidad es Más Extrema: Si usaran parámetros más realistas (por ejemplo, tamaños de grano mayores que facilitan el drenaje del magma), la influencia del fundido en las velocidades sería aún menor de la que ya calculan.
En Resumen
Este párrafo muestra a los científicos enfrentándose con honestidad a la limitación de sus modelos. En lugar de ocultarla, la usan para extraer una conclusión más profunda:
"Nuestros modelos, que ya son generosos con el efecto del fundido, no pueden reproducir la asimetría observada. Esto nos dice que estamos en lo cierto: el fundido es un actor secundario. La verdadera causa de las variaciones laterales debe buscarse en las diferencias de temperatura o composición (agua) del manto sólido en sí."
En esencia, la incapacidad del modelo para replicar la asimetría se convierte en una prueba más a favor de su tesis de que el fundido no es el mecanismo de debilitamiento dominante a escala astenosférica. La complejidad 3D no surge principalmente de la distribución del magma, sino de la heterogeneidad inherente del manto sólido.
Conclusion
En el estudio de \cite{SaskiaGoes2012} se investigó si las bajas velocidades observadas en la astenosfera bajo las dorsales oceánicas pueden explicarse principalmente mediante atenuación en estado sólido y pequeñas cantidades de fusión retenida, como sugieren los estudios petrológicos y geoquímicos, o si requieren cantidades significativas de fusión retenida, tal como han propuesto varios estudios sísmicos en el EPR.
Para los tres escenarios modelados de estructura del manto bajo una dorsal en expansión —que incluyen un manto con temperatura húmeda tipo MORB, un caso más caliente y otro más hidratado, junto con tres modelos distintos de $Q_S$— existe una clara predicción de una doble zona de baja velocidad sísmica (Figura~\ref{scheme_T6}). A profundidades someras (entre 20 y 40 km), las velocidades de ondas de cizalla descienden hasta valores entre 3.6 y 3.8 km/s en el eje de la dorsal, incorporando una contribución de aproximadamente $\sim1\%$ de fusión retenida. A profundidades mayores, entre 80 y 120 km, aparece una segunda zona de baja velocidad con un mínimo de $V_S$ de 3.8 a 4.1 km/s, cuya magnitud se ve poco afectada por la presencia de menos de $0.1\%$ de fusión. Más bien, este mínimo profundo está controlado por la atenuación en estado sólido en un manto hidratado. Altas temperaturas potenciales acentúan estas zonas de baja velocidad, al igual que la presencia de mayores cantidades de fusión profunda en el caso hidratado; no obstante, se trata de una característica robusta de los tres casos modelados. Dependiendo de la dependencia exacta de temperatura y presión del modelo de $Q_S$ y del contenido regional de agua en la fuente MORB, el mínimo profundo (gobernado por la atenuación) puede incluso ser el más pronunciado.
La mayoría de los modelos sísmicos bajo dorsales (1-D, 2-D y 3-D) identifican únicamente una sola zona de baja velocidad entre 50 y 150 km de profundidad. Nuestras pruebas de resolución muestran que esto es lo esperable para ondas de Rayleigh con periodos entre 15 y 100 s, que constituyen el núcleo de muchos de los modelos publicados del manto oceánico. Modelos sísmicos regionales del East Pacific Rise sí identifican una doble anomalía: una superficial, justo bajo la dorsal \citep[e.g.,][]{Dunn2003}, y otra más profunda, con un mínimo a $\sim80$ km de profundidad \citep[e.g.,][]{HARMON2009}, aunque la señal está parcialmente convolucionada por la fuerte asimetría de la estructura sub-EPR en la zona del experimento MELT/GLIMPSE de donde se derivaron.
Los modelos sintéticos de velocidad que reproducen el rango de bajas velocidades observadas requieren que la atenuación en la zona más profunda sea también intensa, con valores mínimos de $Q_S$ entre 20 y 30. Tales valores bajos de $Q_S$ son inconsistentes con las estimaciones de $Q_S$ bajo el EPR de \citep{YANG2007}, quienes, tras una cuidadosa corrección por dispersión, requirieron valores de al menos 65. Sin embargo, no son incompatibles con las restricciones de modelos globales, regionales en zonas de retroarco y continentales (por ejemplo, bajo la cuenca Basin and Range) \citep{Dalton2008,Hwang2009,Hwang2011,sheehan1992}. Si las estimaciones de \citep{YANG2007} sobre la atenuación intrínseca subdorsal son correctas, y otros estudios subestiman la contribución de la dispersión a la atenuación, entonces las formulaciones de $Q$ que ajustan sus restricciones de $Q_S$, extrapoladas a condiciones bajo océanos más antiguos o continentes, implicarían que la zona de baja velocidad astenosférica en otros lugares también estaría significativamente influenciada por mecanismos distintos de la atenuación en estado sólido.
Sin embargo, si las estimaciones de $Q_S$ de \citep{YANG2007} no son representativas de la atenuación subdorsal, entonces los modelos de $Q_S$ que concuerdan con las restricciones experimentales de la dependencia de la atenuación respecto a temperatura, frecuencia e hidratación pueden reconciliar las velocidades sísmicas astenosféricas y la atenuación observadas bajo dorsales, océanos antiguos y continentes, con estructuras térmicas húmedas consistentes con el flujo de calor superficial, la batimetría del fondo oceánico y las restricciones geoquímicas y petrológicas sobre la productividad y movilidad de la fusión. Será necesario un trabajo adicional para evaluar la contribución de la anisotropía.
Esta conclusión sintetiza de manera excelente el núcleo del estudio de Saskia Goes et al. (2012), presentando claramente el problema, los hallazgos, la discrepancia clave y sus implicaciones globales.
Aquí tienes una explicación concisa que destaca los puntos principales:
Explicación de la Conclusión
1. El Objetivo Central:
El estudio buscó resolver una controversia: ¿las bajas velocidades sísmicas bajo las dorsales se deben principalmente al calor y la atenuación en roca sólida (con poco magma), como sugieren la petrología y la geoquímica, o a grandes acumulaciones de magma, como sugerían algunas imágenes sísmicas?
2. El Hallazgo Principal: El Modelo de la "Doble Zona de Baja Velocidad"
Los modelos predicen dos zonas distintas de baja velocidad:
Zona Sombra (20-40 km): Controlada por ~1% de magma.
Zona Profunda (80-120 km): Controlada por la atenuación (Q) en roca sólida y caliente, con un efecto mínimo del magma (<0.1%).
Este modelo de "doble zona" es una predicción robusta de su física.
3. La Conexión con las Observaciones: Un Problema de Resolución
Los modelos sísmicos globales suelen mostrar solo una zona de baja velocidad amplia.
El estudio demuestra que esto es un efecto de resolución: las ondas sísmicas disponibles no pueden distinguir fácilmente las dos zonas, y las fusionan en una sola anomalía.
Sin embargo, los modelos regionales de alta resolución en la Dorsal del Pacífico Oriental (EPR) SÍ detectan esta doble estructura, validando su modelo.
4. La Discrepancia Clave y su Implicación Global
Este es el meollo del debate:
El Modelo Requiere: Para explicar las bajas velocidades profundas, se necesita una atenuación muy fuerte (Q entre 20-30).
La Medición Contradictoria: Un estudio clave (Yang et al., 2007) midió una atenuación mucho más débil (Q ≥ 65) en la misma zona.
La conclusión plantea dos escenarios con consecuencias opuestas:
Escenario A (Si Yang et al. tienen razón): La atenuación térmica no es suficiente. Entonces, necesitamos otro mecanismo (¿grandes cantidades de magma?) para explicar las bajas velocidades no solo bajo dorsales, sino en toda la astenosfera global. Esto sería un cambio de paradigma.
Escenario B (Si su modelo es correcto): La atenuación sí es muy fuerte (Q bajo). Esto permite una explicación unificada y coherente para las observaciones sísmicas, térmicas y geoquímicas en dorsales, océanos viejos y continentes, sin necesidad de mecanismos exóticos.
5. El Veredicto y el Camino a Seguir
Los autores se inclinan claramente por el Escenario B. Su modelo, basado en una atenuación térmica fuerte, es el que mejor reconcilia todas las líneas de evidencia a escala global.
La conclusión final es honesta: el trabajo futuro debe centrarse en:
Resolver definitivamente la discrepancia con los datos de Q de Yang et al.
Incorporar los efectos de la anisotropía sísmica, un factor que este estudio no consideró y que podría refinar aún más el modelo.
En esencia, la conclusión argumenta que la visión más simple y poderosa es que la astenosfera es una capa cuya sismología está controlada fundamentalmente por la temperatura y la atenuación en estado sólido, no por grandes reservorios de magma.
No hay comentarios:
Publicar un comentario