Tomografía computarizada de la Tierra vincula plumas del manto profundo con puntos calientes volcánicos

Exploraciones demuestran que, columnas de roca caliente anclados en la subida del límite entre el núcleo y el manto para formar cadenas de islas

Universidad de California – BerkeleyLoading de vídeo …VIDEO: Esta es una simulación superordenador de columnas de roca caliente que sube a través del manto para formar chains.view isla volcánica más

Crédito: Animación por Scott francés, NERSC y Berkeley Lab; de vídeo por Roxanne Makasdjian y Stephen McNally, UC Berkeley.

Universidad de California, Berkeley, los sismólogos han producido por primera vez un análisis agudo, tridimensional del interior de la Tierra que de manera concluyente conecta columnas de roca caliente que sube a través del manto de zonas interactivas superficiales que generan cadenas de islas volcánicas como Hawai, Samoa e Islandia.

En esencia, una tomografía computarizada o TC, del interior de la Tierra, la imagen emergieron de una simulación superordenador en el Departamento de Investigación de la Energía Centro de Computación Científica Nacional de Energía (NERSC) en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

Mientras que los TC médicos emplean rayos X para comprobar el cuerpo, los científicos asignan plumas del manto mediante el análisis de las trayectorias de las ondas sísmicas rebotando interior de la Tierra después de 273 sismos fuertes que sacudieron el mundo en los últimos 20 años.

Los intentos anteriores de plumas del manto de imagen han detectado focos de roca caliente que sube en las zonas donde se han propuesto plumas, pero no estaba claro si estuvieran conectados a puntos de acceso volcánicas en la superficie o las raíces de las plumas en el límite manto núcleo de 2.900 kilómetros (1.800 millas) por debajo de la superficie.

El nuevo, de alta resolución del mapa del manto – la roca caliente por debajo de la corteza terrestre, pero por encima de núcleo de hierro del planeta – no sólo muestra estas conexiones para muchos puntos del planeta, sino que revela que por debajo de unos 1.000 kilómetros los penachos son entre 600 y 1.000 kilómetros de diámetro, hasta cinco veces más ancha que los geofísicos que se cree. Las plumas son probablemente al menos 400 grados centígrados más caliente que la roca circundante.

“Nadie ha visto antes estas crudas objetos columnares que son contiguos todo el camino desde la parte inferior del manto a la parte superior del manto,” dijo el primer autor de Scott francés, un científico computacional en NERSC que recientemente recibió su Ph.D. Universidad de California en Berkeley.

El autor principal, Barbara Romanowicz, profesor de la Universidad de Berkeley de la tierra y ciencias planetarias, señaló que las conexiones entre las plumas del manto inferior y los puntos calientes volcánicos no son directas, porque las partes superiores de las columnas se despliegan como el delta de un río, ya que se funden con el menos viscoso roca del manto superior.

“Estas columnas están claramente separados en el manto inferior y van todo el camino hasta cerca de 1.000 kilómetros por debajo de la superficie, pero después empiezan a escasear en la parte superior del manto, y que serpentean y desvían”, dijo. “Así, mientras que la parte superior de las columnas están asociados con volcanes de punto de acceso, no son siempre verticalmente debajo de ellos.”

anclas antiguas

La nueva imagen también muestra que las bases de estas columnas están anclados en el límite entre el núcleo y el manto en dos enormes manchas de roca caliente, cada una de unos 5.000 kilómetros de diámetro, que son más densos probabilidades que la roca circundante. Romanowicz estima que esos dos anclas – justo enfrente de la otra bajo el África y el Océano Pacífico – han estado en el mismo lugar por 250 millones de años.

Francés y Romanowicz, quien también está afiliado con el Instituto de Física del Globo y el Coll & # 232; ge de France en París, publicará sus resultados en la aplicación de sept 3 de la journalNature británica.

La Tierra es en capas como una cebolla. Una corteza exterior contiene los océanos y los continentes, mientras que bajo la corteza se encuentra una gruesa capa de roca caliente, pero sólida 2.900 kilómetros de espesor. Por debajo de la capa es el núcleo externo, compuesto de hierro líquido, fundido y níquel, que envuelve un núcleo interno de hierro sólido en el centro del planeta.

Calentado por el núcleo caliente, la roca en las subidas y caídas del manto como el agua hierve a fuego lento en una sartén con suavidad, aunque esta convección se produce mucho más lentamente. Los sismólogos propusieron hace unos 30 años que, columnas fijas de roca caliente en el manto de vez en cuando perforan a través de la corteza para producir volcanes, que, como la corteza, se trasladó cadenas de islas generados, tales como las Galápagos, Cabo Verde y las islas Canarias.

Las islas de Hawai, por ejemplo, consta de 5 millones de años de edad Kauai hacia el oeste, pero cada vez más jóvenes islas al este, debido a que la placa del Pacífico se está moviendo hacia el oeste. La erupción más reciente, Loihi, sigue creciendo al este submarina de la isla más joven de la cadena, Hawaii.

Hasta ahora, la evidencia de la teoría de la pluma y de punto de acceso había sido circunstancial, y algunos sismólogos argumentado vez que los puntos calientes son muy poco profundas piscinas de cámaras de magma de alimentación caliente de la roca bajo volcanes.

Romanowicz, que usa ondas sísmicas para estudiar el interior de la Tierra, ya había trabajado con, a continuación, un estudiante graduado francés, en un modelo tomográfico de los superiores a 800 kilómetros del manto, que mostró las regiones frías y calientes periódicas de roca volcanes de punto de acceso subyacentes. El nuevo estudio concluye que la imagen hasta el límite entre el núcleo y el manto.

Observó que si es superior a la temperatura solos fueron los responsables de las plumas crecientes, serían sólo 100-200 kilómetros de ancho, abombamiento sólo cuando se acercan a la superficie. El hecho de que parecen ser cinco veces más ancho en el manto inferior sugiere que también difieren químicamente a partir de la roca circundante más frío.

Esto es compatible con modelos en los que el material de la columna de humo es una mezcla de roca del manto normal y roca primordial de la roca densa anclaje de la columna de humo en el límite entre el núcleo y el manto. De hecho, la lava que sale de los volcanes de punto de acceso se sabe que difieren químicamente y con isótopos de lava de otros volcanes, como los que entra en erupción en las zonas de subducción, donde las inmersiones de la corteza de la Tierra en el manto superior.

El análisis superordenador no detectó en todas las plumas volcanes de punto de acceso, tales como los del Parque Nacional de Yellowstone. Las plumas que los alimentan pueden ser demasiado delgada como para ser detectado, dadas las limitaciones computacionales de la técnica de modelado global, dijo el francés.

Millones de horas de tiempo de computadora

Para crear una TC de alta resolución de la Tierra, francés utilizó simulaciones numéricas muy precisas de cómo las ondas sísmicas viajan a través del manto, y se compararon sus predicciones para el movimiento de tierra realmente medida por los detectores de todo el mundo. Los intentos anteriores de otros investigadores a menudo aproximadas la física de propagación de la onda y se centró principalmente en los tiempos de llegada de sólo ciertos tipos de ondas sísmicas, como el P (presión) y las ondas S (cizalla), que viajan a diferentes velocidades. Francés utilizó simulaciones numéricas para calcular todos los componentes de las ondas sísmicas, tales como su dispersión y difracción, y ajustado el modelo varias veces para ajustar los datos grabados mediante un método similar al de regresión estadística. El cómputo final requiere 3 millones de horas de CPU en los superordenadores de NERSC, aunque la computación paralela se redujo a un par de semanas.

Romanowicz espera finalmente obtener imágenes de resolución del superordenador más altos de interior de la Tierra, tal vez haciendo zoom sobre áreas específicas, como la que bajo el Océano Pacífico, o mediante el uso de nuevos datos.

“La tomografía es el método más poderoso para obtener esta información, pero en el futuro se combina con mediciones muy sensibles gravedad de los satélites y de resonancia electromagnética, tal vez donde la gente hace las mediciones de conductividad del interior,” dijo.

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