Al carecer de un nombre formal para esta nueva capa, los investigadores, los geofísicos Jessica Irving y Wenbo Wu de la Universidad de Princeton, en Nueva Jersey (Estados Unidos), en colaboración con Sidao Ni, del Instituto de Geodesia y Geofísica de China, lo han denominado simplemente "el límite de 660 kilómetros". Publican su estudio en 'Science'.

Para mirar profundamente debajo de la Tierra, los científicos usan las ondas más poderosas del planeta, generadas por terremotos masivos. "Los grandes terremotos son mucho más poderosos que los pequeños: la energía aumenta 30 veces con cada escalón en la escala de Richter, y los terremotos profundos, en lugar de desperdiciar su energía en la corteza, pueden hacer que todo el manto siga funcionando", explica Irving.

Esta investigadora obtiene su mejor información de los terremotos de magnitud 7 o superior, ya que las ondas de choque que envían en todas las direcciones pueden viajar a través del núcleo hacia el otro lado del planeta, y viceversa. Para este estudio, los datos clave procedieron de olas recogidas tras un terremoto de magnitud 8,2, el segundo terremoto más grande jamás registrado, que sacudió Bolivia en 1994.

"Los terremotos tan grandes no aparecen muy a menudo --apunta--. Tenemos suerte ahora que tenemos muchos más sismómetros que hace 20 años. La sismología es un campo diferente al de hace 20 años, entre instrumentos y recursos computacionales". Los sismólogos y científicos de datos usan ordenadores potentes, incluido el grupo de supercomputadoras Tiger de Princeton, para simular el complicado comportamiento de las ondas dispersas en la Tierra profunda.

La tecnología depende de una propiedad fundamental de las olas: su capacidad para doblarse y rebotar. Al igual que las ondas de luz pueden rebotar (reflejarse) en un espejo o doblarse (refractarse) cuando pasan a través de un prisma, las ondas sísmicas viajan directamente a través de rocas homogéneas, pero se reflejan o refractan cuando se encuentran con algún límite o rugosidad.

"Sabemos que casi todos los objetos tienen asperezas en la superficie y, por lo tanto, dispersan la luz", dice en un comunicado Wu, el autor principal del nuevo artículo, que acaba de completar su doctorado en Geociencias y ahora es investigador postdoctoral en el Instituto de Tecnología de California (Estados Unidos). "Es por eso que podemos ver estos objetos: las ondas dispersas llevan la información sobre la rugosidad de la superficie. En este estudio, investigamos ondas sísmicas dispersas que viajan dentro de la Tierra para reducir la rugosidad del límite de 660 kilómetros de la Tierra", agrega.

Los científicos se sorprendieron por lo áspero que es ese límite: más áspero que la capa superficial en la que todos vivimos. "En otras palabras, está presente en el límite de 660 kilómetros una topografía más fuerte que las Montañas Rocosas o los Apalaches", pone como ejemplo Wu. Su modelo estadístico no permitió realizar determinaciones de altura precisas, pero existe la posibilidad de que estas montañas sean más grandes que cualquier otra en la superficie de la Tierra.

La rugosidad no estaba distribuida igualmente, tampoco; al igual que la superficie de la corteza tiene fondos oceánicos lisos y montañas masivas, el límite de 660 kilómetros tiene áreas ásperas y parches lisos. Los investigadores también examinaron una capa a 410 kilómetros (255 millas) hacia abajo, en la parte superior de la "zona de transición" del manto medio, y no encontraron una rugosidad similar.

"Encontraron que las capas profundas de la Tierra son tan complicadas como lo que observamos en la superficie", destaca la sismóloga Christine Houser, profesora asistente del Instituto de Tecnología de Tokio, en Japón, que no participó en esta investigación.

Añade que, encontrar cambios de elevación de 1-3 kilómetros en un límite que tiene más de 660 kilómetros de profundidad usando ondas que viajan por toda la Tierra y hacia atrás es "una hazaña inspiradora". "Sus hallazgos sugieren que a medida que se producen terremotos y los instrumentos sísmicos se vuelven más sofisticados y se expanden a nuevas áreas, continuaremos detectando nuevas señales a pequeña escala que revelan nuevas propiedades de las capas de la Tierra", comenta.

La presencia de rugosidad en el límite de 660 kilómetros tiene implicaciones significativas para comprender cómo funciona la Tierra. Se forma y sigue funcionando. Esa capa divide el manto, que constituye aproximadamente el 84 por ciento del volumen de la Tierra, en sus secciones superior e inferior. Durante años, los geocientíficos han debatido cómo de importante es ese límite.

En particular, han investigado cómo viaja el calor a través del manto: si las rocas calientes se transportan suavemente desde el límite del manto-núcleo (casi 2.000 millas hacia abajo) hasta la parte superior del manto, o si se interrumpe esa transferencia en esta capa. Algunas evidencias geoquímicas y mineralógicas sugieren que el manto superior e inferior son químicamente diferentes, lo que apoya la idea de que las dos secciones no se mezclan térmica o físicamente.

Otras observaciones sugieren que no hay diferencia química entre el manto superior e inferior, lo que lleva a algunos a argumentar a favor de lo que se llama un "manto bien mezclado", con el manto superior e inferior participando en el mismo ciclo de transferencia de calor. "Nuestros hallazgos proporcionan información sobre esta pregunta", dice Wu. Sus datos sugieren que ambos grupos podrían estar parcialmente en lo cierto. Las áreas más suaves del límite de 660 kilómetros podrían resultar de una mezcla vertical más completa, mientras que las áreas montañosas más escarpadas pueden haberse formado donde el manto superior e inferior no se mezclan también.

Además, la rugosidad que encontraron, que existía en escalas grandes, moderadas y pequeñas, podría ser causada teóricamente por anomalías de calor o heterogeneidades químicas. Pero debido a la forma en que el calor se transporta dentro del manto, explica Wu, cualquier anomalía térmica a pequeña escala se eliminaría en un millón de años. Eso deja solo diferencias químicas para explicar la rugosidad a pequeña escala que encontraron.

La introducción de rocas que solían pertenecer a la corteza, ahora descansando tranquilamente en el manto, podría causar diferencias químicas significativas. Los científicos han debatido durante tiempo el destino de las losas del lecho marino que son empujadas hacia el manto en las zonas de subducción, las colisiones que ocurren en todo el Océano Pacífico y en otras partes del mundo.

Wu e Irving sugieren que los restos de estas losas ahora pueden estar justo por encima o justo por debajo del límite de 660 kilómetros. "Es fácil suponer, dado que solo podemos detectar las ondas sísmicas que viajan a través de la Tierra en su estado actual, que los sismólogos nos pueden ayudar a comprender cómo ha cambiado el interior de la Tierra en los últimos 4.500 millones de años", dice Irving.