Inesperadas estructuras se extienden cerca del núcleo terrestre.

La comunidad científica se ha sorprendido al descubrir unas estructuras antes desconocidas situadas en las profundidades del océano Pacífico entre el núcleo y el manto de la Tierra. Tras un examen masivo de ecos sísmicos se ha revelado que se trata de estructura heterogénea compuesta por una vasta área de roca inusualmente densa y caliente.

Detectan unas inesperadas estructuras cerca del núcleo de la tierra
‘Sequencing seismograms: A panoptic view of scattering in the core-mantle boundary region’. D. Kim, V. Lekić, B.Ménard, D. Baron, M. Taghizadeh-Popp. Science 12 Jun 2020 DOI: 10.1126/science.aba8972. [DESCARGAR PDF]

Los geofísicos de la Universidad de Maryland, quienes han liderado la investigación, aún desconocen su composición, pero creen que este hallazgo ofrece la oportunidad de comprender mejor el funcionamiento de la tectónica de placas y la evolución de nuestro planeta.

La investigación, cuyos resultados se han publicado en la revista Science, [DESCARGAR PDF] ha proporcionado las primera vista integral del límite núcleo-manto con un detalle y precisión nunca antes conseguido.

Los resultados se extrajeron tras analizar miles de grabaciones de ondas sísmicas, -ondas de sonido que viajan a través de la Tierra-, para identificar los ecos del límite entre el núcleo fundido de la Tierra y la capa de manto sólido que se encuentra sobre él. Los investigadores se centraron en los ecos de las ondas sísmicas que viajan por debajo de la cuenca del océano Pacífico. Su análisis reveló una estructura previamente desconocida debajo de las islas volcánicas Marquesas en el Pacífico Sur y mostró que la estructura debajo de las islas hawaianas es mucho más grande de lo que se sabía hasta ahora.

“Al observar miles de ecos del límite del manto central al mismo tiempo, en lugar de centrarse en unos pocos a la vez, como suele hacerse, hemos obtenido una perspectiva totalmente nueva”, dijo Doyeon Kim, becaria postdoctoral en el Departamento de Geología Universidad de Maryland y autora principal del artículo. “Esto nos muestra que la región límite núcleo-manto tiene muchas estructuras que pueden producir estos ecos, y eso era algo de lo que no nos habíamos dado cuenta antes porque solo teníamos una visión estrecha”.

Los terremotos generan ondas sísmicas debajo de la superficie de la Tierra que viajan miles de kilómetros. Cuando las ondas encuentran cambios en la densidad, temperatura o composición de la roca, cambian de velocidad, se doblan o se dispersan, produciendo ecos que se pueden detectar. Los ecos de las estructuras cercanas llegan más rápido, mientras que los de las estructuras más grandes son más fuertes. Al medir con el sismómetro el tiempo de viaje y la amplitud de estos ecos en diferentes lugares, los científicos pueden desarrollar modelos de las propiedades físicas de las rocas ocultas debajo de la superficie. Este proceso es similar a la forma en que los murciélagos se colocan para mapear su entorno.

Para este estudio, Kim y sus colegas buscaron ecos generados por un tipo específico de onda, llamada onda de corte, a medida que viaja a lo largo del límite núcleo-manto. En una grabación de un solo terremoto, conocido como sismograma, los ecos de las ondas de corte difractadas pueden ser difíciles de distinguir del ruido aleatorio. Pero disponer de muchos sismogramas de muchos terremotos a la vez puede revelar similitudes y patrones que identifican los ecos ocultos en los datos.

The above image shows how areas of hot, dense rock called ultralow-velocity zones deep inside the earth bend and diffract sound waves produced by earthquakes. By analyzing the diffracted waves recorded by seismograms, scientists can determine the size and shape of ULVZs. Image credit: Doyeon Kim/University of Maryland. (Click image to download hi-res version.)

Utilizando un algoritmo de aprendizaje automático llamado ‘Sequencer’ o secuenciador, los investigadores analizaron 7.000 sismogramas de cientos de terremotos de magnitud 6.5 y mayores que ocurrieron alrededor de la cuenca del océano Pacífico desde 1990 hasta 2018.

El secuenciador fue desarrollado por los coautores del nuevo estudio, científicos de la Universidad Johns Hopkins y Tel Aviv Universidad, para encontrar patrones en la radiación de estrellas y galaxias distantes. Cuando se aplica a los sismogramas de terremotos, el algoritmo descubrió una gran cantidad de ecos de onda cortante. “El aprendizaje automático en ciencias de la tierra está creciendo rápidamente y un método como ‘Sequencer’ nos permite ser capaces de detectar sistemáticamente los ecos sísmicos y obtener nuevas ideas sobre las estructuras en la base del manto, que han permanecido enigmáticas”, dijo Kim.

“Encontramos ecos en aproximadamente el 40% de todas las rutas de ondas sísmicas”, dijo Vedran Lekic, profesor asociado de geología en la Universidad de Maryland y coautor del estudio. “Eso fue sorprendente porque esperábamos que fueran más raros, y lo que eso significa es que las estructuras anómalas en el límite núcleo-manto están mucho más extendidas de lo que se pensaba”.

Los científicos descubrieron que la gran extensión de material densa y caliente situada debajo de las islas Hawai produjo ecos excepcionalmente fuertes, lo que indica que es incluso más grande que las estimaciones anteriores. Conocidas como zonas de ultra baja velocidad (ULVZ), tales zonas se encuentran en las raíces de las plumas volcánicas, donde la roca caliente se eleva desde la región límite del núcleo-manto para producir islas volcánicas. El ULVZ debajo de Hawai es el más grande conocido.

Este estudio también encontró un ULVZ previamente desconocido debajo de las Islas Marquesas. ”Nos sorprendió encontrar una zona tan grande debajo de las Islas Marquesas que ni siquiera sabíamos que existía antes”, dijo Lekic. “Esto es realmente emocionante, porque muestra cómo el algoritmo ‘Sequencer’ puede ayudarnos a contextualizar los datos del sismograma en todo el mundo de una manera que no podíamos hacer hasta ahora”.


FUENTE: La Vanguardia

Combinar métodos geofísicos con métodos geotécnicos para diagnosticar diques

DOAB: Directory of Open Access Books

Fauchard, Cyrille — Mériaux, Patrice. Geophysical and Geotechnical Methods for Diagnosing Flood Protection Dikes. éditions Quae. 2007

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Las espectaculares y en ocasiones dramáticas inundaciones de la última década, tanto en Europa como en Estados Unidos, han confirmado la vulnerabilidad crónica de los diques de protección contra la inundación y la necesidad de su análisis diagnóstico.

Además, la revisión de los trabajos de reparación de brechas (en algunos casos de reparaciones recientes) muestra claramente que estos trabajos se han llevado a cabo a menudo de forma precipitada, con un control insuficiente de los materiales de relleno y utilizando materiales que no coinciden con los materiales de construcción originales.

El trabajo de investigación realizado para diagnosticar los diques tiende ahora a combinar los métodos geofísicos con los métodos geotécnicos más tradicionales (perforaciones de prueba, pruebas in situ, etc.). En comparación con los métodos geotécnicos, los métodos geofísicos ofrecen generalmente la ventaja de incrementos de exploración muy cortos (que sólo afectan ligeramente, si es que lo hacen, a la eficiencia); sin embargo, sólo producen valores “aparentes” y globales de una propiedad particular del suelo.

Por regla general, pueden surgir dificultades al aplicar métodos geofísicos o geotécnicos a los diques:

  • La mayoría de las veces están “secos” (sin cabeza hidráulica) y el elemento crítico en su vulnerabilidad en momentos de inundación, es decir, la filtración, está ausente en el momento de la investigación;
  • Su gran longitud plantea un problema crucial a la hora de encontrar un equilibrio entre el coste y el rendimiento técnico al realizar el trabajo de investigación.

Para abordar estas y otras cuestiones, el LCPC (Laboratorio de Investigación de Obras Públicas) de Nantes y el Cemagref de Aix-en-Provence, Francia, llevaron a cabo una investigación experimental de 1998 a 2004 en el marco del proyecto de investigación nacional “CriTerre” (“Mejora de los suelos y control de los suelos reforzados” – tema “Detección de anomalías del suelo”), coordinado por el IREX (Instituto de Investigación Aplicada y Experimentación en Ingeniería Civil de Francia).

Métodos geofísicos y geotécnicos para el diagnóstico de diques de protección contra inundaciones.

Geophysical and Geotechnical Methods for Diagnosing Flood Protection Dikes - Guide for implementation and interpretation - Cyrille Fauchard, Patrice Mériaux (EAN13 : 9782759212736), Librairie Quae : des livres au coeur des sciences

Geophysical and Geotechnical Methods for Diagnosing Flood Protection Dikes – Guide for implementation and interpretation – Cyrille Fauchard, Patrice Mériaux (2007), Librairie Quae : des livres au coeur des sciences
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Los diques de protección contra las inundaciones que corren a lo largo de muchos ríos franceses han sido modificados y mejorados muchas veces a lo largo de los años. A menudo muy antiguas, estas obras están hechas en su mayoría de tierra y se han construido por etapas.
Los detalles de su estructura no se conocen en general y suelen ser heterogéneos, ya sea en la sección transversal a través del dique (por ejemplo, una zona ponderada en una de las laderas) o en el perfil longitudinal (por ejemplo, una grieta reparada).

כששיטפון של פעם במאה שנה מגיע כל שנתיים: האמריקאים מתעוררים למשבר האקלים - אמריקה

Las espectaculares y a veces dramáticas inundaciones de la última década, tanto en Europa como en Estados Unidos, han confirmado la vulnerabilidad crónica de estos diques y la necesidad de su análisis diagnóstico. Además, la revisión de los trabajos de reparación de roturas (en algunos casos de reparaciones recientes) muestra claramente que estos trabajos se han llevado a cabo apresuradamente, con un control insuficiente de los materiales de construcción y utilizando materiales que no coinciden con los materiales de construcción originales.

Los detalles del trabajo de reparación tienden a desaparecer rápidamente de los registros archivados, con el resultado de que las heterogeneidades permanecen ocultas dentro del cuerpo del dique – puntos potenciales de debilidad para la estructura que primero deben ser detectados utilizando métodos fiables, y luego caracterizados durante un diagnóstico posterior.

En este contexto, el trabajo de investigación realizado para diagnosticar diques tiende ahora a combinar métodos geofísicos con métodos geotécnicos más tradicionales (ejercicios de prueba, pruebas in situ, etc.). Comparados con los métodos geotécnicos, los métodos geofísicos generalmente ofrecen la ventaja de incrementos de exploración muy cortos (que sólo afectan ligeramente, si es que afectan la eficiencia); sin embargo, sólo producen valores “aparentes” y globales de una propiedad particular del suelo.

Altimetría Satelital para Ciencias de la Tierra

Satellite Altimetry for Earth Sciences. Frédéric Frappart, Ole Andersen, Sergey Lebedev and Guillaume Ramillien (Eds.). MDPI, April 2019. DOI: doi.org/10.3390/books978-3-03897-681-3
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Los satélites altimétricos determinan la altura de la superficie oceánica respecto de un punto de referencia, el nivel medio mundial del mar, que se denomina “geoide terrestre”, aunque inicialmente fue diseñado para medir la topografía del océano, con referencia a un elipsoide, y para la determinación del geoide marino.

Desde sus órbitas, los altímetros miden la topografía de la superficie del océano con gran exactitud para derivar la velocidad y dirección de las corrientes y los remolinos oceánicos, y observar las mareas y otros fenómenos. Para determinar la distancia a la superficie terrestre, los satélites altimétricos miden el tiempo que tarda un pulso de radar en viajar desde el satélite hasta la superficie y regresar.

La altimetría satelital ha proporcionado información extremadamente valiosa sobre las ciencias oceánicas (por ejemplo, las corrientes geostróficas superficiales circulantes, las estructuras de remolinos, las alturas de las olas y la propagación de las olas oceánicas de Kelvin y Rossby).

Con más de 25 años de observaciones, también se está convirtiendo en un elemento vital para la investigación climática, ya que proporciona mediciones precisas de las variaciones del nivel del mar a escala regional y mundial. La altimetría también ha demostrado un gran potencial para la investigación geofísica, criosférica e hidrológica y ahora se utiliza comúnmente para la vigilancia de la topografía de la capa de hielo del Ártico y la Antártida y de los niveles de las aguas superficiales terrestres.

El objetivo de este libro es presentar reseñas y avances recientes de interés general en el uso de la altimetría de radar en las ciencias de la Tierra. Los textos están relacionados con cualquier aspecto de la técnica de altimetría de radar o aplicaciones geofísicas. También se recomienda el uso de materiales originales resultantes de la aplicación de la nueva tecnología altimétrica (banda SAR, SARin y Ka) y de las mejoras que se esperan de las misiones que se lanzarán en un futuro próximo (por ejemplo, SWOT).