El megaterremoto de Japón de 2011 envió una onda sísmica a unos 2.900 km hasta el núcleo de la Tierra, que regresó 13 minutos después y desplazó a todo el país hacia el este.

La onda sísmica del devastador terremoto de Tohoku-oki de magnitud 9,0 en Japón en 2011 viajó unos 2.900 kilómetros hasta el núcleo de la Tierra, se reflejó unos 13 minutos después y movió todo el país hacia el este unos seis milímetros, según un estudio publicado en Science. El movimiento fue demasiado pequeño para que alguien lo notara, pero la red GPS altamente sensible de Japón detectó el cambio a nivel nacional aproximadamente al mismo tiempo. Los científicos no pudieron explicar la señal inusual durante 15 años porque no coincidía con el terremoto principal, una réplica o cualquier otro evento geológico conocido. El nuevo estudio identifica una onda sísmica que regresa como la causa, lo que marca la primera observación documentada de tal fenómeno.

Cómo viaja una onda a unos 2.900 km por debajo de la superficie de la Tierra.

El estudio fue dirigido por Sunyoung Park, profesor asistente de ciencias geofísicas de la Universidad de Chicago, junto con Hiro Kanamori del Instituto de Tecnología de California y Luis Rivera de la Universidad de Estrasburgo.Los investigadores descubrieron que la señal de GPS oscurecida fue causada por una onda SCS, un tipo de onda sísmica producida durante terremotos potentes. A diferencia de las ondas superficiales responsables de los temblores de la mayoría de las personas, las ondas ScS viajan profundamente a través del manto sólido de la Tierra. Después del terremoto de Tohoku-oki de 2011, una de esas ondas viajó unos 2.890 km hasta alcanzar el límite entre el núcleo y el manto, el límite que separa el manto rocoso de la Tierra de su núcleo externo líquido.Las ondas de corte no pueden atravesar líquidos, por lo que cuando la onda ScS alcanzó el hierro fundido y el níquel del núcleo externo, no pudo continuar su viaje. En cambio, se reflejó en el límite entre el núcleo y el manto y viajó de regreso a la superficie, como un eco que rebota en una pared. El viaje completo de ida y vuelta cubrió una distancia de unos 5.800 kilómetros, lo que lo convierte en uno de los viajes sísmicos más profundos asociados con un impacto mensurable en la superficie de la Tierra.La intensidad inusual del terremoto de Tohoku-oki produjo una onda SCS inusualmente poderosa, que permitió que hubiera suficiente energía para sobrevivir a largos viajes hacia el interior de la Tierra, dicen los investigadores. Cuando regresó a Japón, la ola todavía era lo suficientemente fuerte como para afectar fallas que ya habían sido empujadas cerca de su punto de ruptura por el terremoto principal.

¿Por qué la ola volvió después de 13 minutos?

Los científicos calcularon que se necesitarían unos 13 minutos para viajar hasta el límite entre el núcleo y el manto y regresar, lo que coincide con la señal oscurecida del GPS registrada en todo Japón.Cuando llegó la onda reflejada, alcanzó la mayor parte del país casi simultáneamente. Los investigadores creen que esto provocó pequeños deslizamientos a lo largo de los límites de las placas tectónicas que ya estaban bajo mucha tensión por el terremoto principal. Estos pequeños movimientos desplazaron a Japón permanentemente hacia el este entre cinco y seis milímetros.Aunque el desplazamiento apenas fue mensurable, se estima que los deslizamientos de la falla liberaron energía comparable a la de un terremoto de magnitud 7,5.

¿Por qué esto nunca se había visto antes?

Los sismólogos han estudiado las ondas SCS durante décadas y las utilizan habitualmente para sondear el interior profundo de la Tierra. Algo que nunca se había observado regresaba con suficiente energía como para dejar una marca permanente en la superficie de la Tierra.Según los investigadores, el terremoto de Tohoku-oki fue inusual debido a su gran magnitud. La onda ScS reflejada registrada en todo Japón tenía una amplitud de pico a pico de más de un centímetro, lo que la hace mucho más fuerte que las ondas generadas por la mayoría de los terremotos. Combinada con fallas pretensadas, esta extraordinaria energía parece ser suficiente para provocar movimientos adicionales del suelo.

La señal de GPS que desconcertó a los científicos durante 15 años.

Japón opera una de las redes de monitoreo GPS más densas del mundo, con más de 1.300 estaciones en funcionamiento continuo capaces de detectar incluso los movimientos más pequeños del suelo.Unos 15 minutos después del terremoto, los instrumentos registraron un desplazamiento casi simultáneo hacia el este en todo el país. El patrón no coincidía con la ruptura principal, ni con ninguna réplica conocida ni deslizamientos de tierra submarinos, lo que dejó a los científicos sin una explicación confiable durante más de una década.El nuevo análisis finalmente vincula esta anomalía de larga data con una ola de SCS que regresa.

¿Cómo descartaron los investigadores otras posibilidades?

Antes de llegar a su conclusión, el equipo evaluó varias explicaciones en competencia.Si la erupción central hubiera liberado energía, el movimiento debería haber sido más fuerte cerca del centro en lugar de aparecer casi uniformemente en todo Japón. De manera similar, ni una réplica no registrada ni un deslizamiento de tierra submarino pueden explicar tanto el momento como los patrones a nivel nacional observados por la red GPS.Según los investigadores, la onda SCS reflejada es el único mecanismo responsable de todas las observaciones.

Implicaciones del descubrimiento para la sismología

Los resultados muestran que los efectos de los terremotos más grandes de la Tierra pueden ser más profundos y de mayor alcance de lo que se pensaba anteriormente.Hasta ahora, los riesgos de terremotos se han asociado en gran medida con rupturas principales, réplicas y tsunamis. El estudio sugiere que las ondas sísmicas que viajan miles de kilómetros hacia el interior de la Tierra también pueden desencadenar movimientos adicionales de fallas después de reflejarse en el límite superior del núcleo externo.Los investigadores ahora planean reexaminar datos de otros grandes terremotos, incluido el terremoto de Sumatra-Andamán de 2004, el terremoto de Valdivia de 1960 en Chile, el terremoto de Alaska de 1964 y el terremoto de Mole de 2010, para determinar si el mismo mecanismo ha ocurrido en otros lugares.

Lo que revela el descubrimiento sobre el interior oculto de la Tierra.

El estudio también arroja luz sobre cómo los científicos investigan partes del planeta que siguen siendo físicamente inaccesibles. El agujero más profundo jamás perforado, el Kola Super Deep Borehole de Rusia, sólo alcanzó los 12 km, mientras que el manto de la Tierra se extiende unos 2.890 km antes de encontrarse con el núcleo externo líquido.Debido a que los humanos no pueden explorar directamente estas profundidades, los investigadores dependen de las ondas sísmicas generadas por poderosos terremotos para comprender la estructura interna del planeta. Al demostrar que una onda sísmica viajó hasta el borde del núcleo de la Tierra, regresó a la superficie y produjo un impacto mensurable, el terremoto de Tohoku-oki proporcionó una visión sin precedentes de la relación dinámica entre el interior profundo de la Tierra y su corteza.