Las grandes provincias de baja velocidad de corte ( LLSVP ), también llamadas grandes provincias de baja velocidad ( LLVP ) o superplumas , son estructuras características de partes del manto más inferior , la región que rodea el núcleo externo en las profundidades de la Tierra. [2] Estas provincias se caracterizan por velocidades lentas de ondas de corte y fueron descubiertas mediante tomografía sísmica de las profundidades de la Tierra. Hay dos provincias principales: el LLSVP africano y el LLSVP del Pacífico , ambos se extienden lateralmente por miles de kilómetros y posiblemente hasta 1.000 kilómetros verticalmente desde el límite entre el núcleo y el manto . Estos han sido denominados Tuzo y Jason respectivamente, en honor a Tuzo Wilson y W. Jason Morgan , dos geólogos aclamados en el campo de la tectónica de placas. [3] El LLSVP del Pacífico tiene 3.000 kilómetros (1.900 millas) de ancho y se encuentra debajo de cuatro puntos calientes en la corteza terrestre que sugieren múltiples columnas de manto debajo. [4] Estas zonas representan alrededor del 8% del volumen del manto, o el 6% de toda la Tierra. [1]
Otros nombres para los LLSVP y sus superestructuras incluyen superoleajes , superplumas, pilas termoquímicas o reservorios ocultos, que en su mayoría describen sus efectos geodinámicos o geoquímicos propuestos. Por ejemplo, el nombre "pila termoquímica" interpreta los LLSVP como pilas del manto inferior de material térmicamente caliente y/o químicamente distinto. Los LLSVP siguen siendo relativamente misteriosos y quedan muchas preguntas sobre su naturaleza, origen y efectos geodinámicos. [5]
Directamente encima del límite entre el núcleo y el manto hay una capa de 200 kilómetros (120 millas) de espesor del manto inferior. Esta capa se conoce como estructura D ″ ("D doble prima" o "D prima prima") o de grado dos. [6] Los LLSVP se descubrieron en modelos tomográficos sísmicos de velocidad de corte del manto completo como características lentas en la capa D ″ debajo de África y el Pacífico. [7] Los armónicos esféricos globales de la capa D ″ son estables en la mayor parte del manto, pero aparecen anomalías a lo largo de los dos LLSVP. Al utilizar velocidades de ondas de corte, se pueden verificar las ubicaciones de los LLSVP y emerge un patrón estable para la convección del manto . Esta configuración estable es responsable de la geometría de los movimientos de las placas en la superficie. [8]
Los LLSVP se encuentran alrededor del ecuador, pero principalmente en el hemisferio sur. Los modelos de tomografía global inherentemente dan como resultado características suaves; Sin embargo, el modelado de formas de onda locales de ondas corporales ha demostrado que los LLSVP tienen límites definidos. [9] La nitidez de los límites hace que sea difícil explicar las características sólo por la temperatura; los LLSVP deben tener una composición distinta para explicar el salto de velocidad. Se han descubierto zonas de velocidad ultrabaja a escalas más pequeñas principalmente en los bordes de estos LLSVP. [10]
Utilizando la marea de la Tierra sólida , se ha determinado la densidad de estas regiones. Los dos tercios inferiores son un 0,5% más densos que la mayor parte del manto. Sin embargo, la tomografía de marea no puede determinar cómo se distribuye el exceso de masa; la mayor densidad puede ser causada por material primordial o placas oceánicas subducidas . [11] El LLSVP africano puede ser una causa potencial de la anomalía del Atlántico Sur . [12]
Se han propuesto varias hipótesis sobre el origen y la persistencia de los LLSVP, dependiendo de si las provincias representan discordancias puramente térmicas (es decir, son de naturaleza isoquímica, de la misma composición química que el manto circundante) o también representan discordancias químicas (es decir, son termoquímicas en naturaleza, de diferente composición química que el manto circundante). Si los LLSVP representan discordancias puramente térmicas, entonces es posible que se hayan formado como grandes columnas de manto caliente y ascendente. Sin embargo, los estudios geodinámicos predicen que el afloramiento isoquímico de un material más caliente y de menor viscosidad debería producir penachos largos y estrechos, [13] a diferencia de los penachos grandes y anchos observados en los LLSVP. Es importante recordar, sin embargo, que la resolución de los modelos geodinámicos y las imágenes sísmicas del manto terrestre son muy diferentes. [14]
La principal hipótesis actual para los LLSVP es la acumulación de placas oceánicas subducidas. Esto se corresponde con las ubicaciones de cementerios de losas conocidos que rodean el LLSVP del Pacífico. Se cree que estos cementerios son la razón de las anomalías de la zona de alta velocidad que rodean el LLSVP del Pacífico y se cree que se formaron por zonas de subducción que existían mucho antes de la dispersión, hace unos 750 millones de años, del supercontinente Rodinia . Con la ayuda de la transformación de fase , la temperatura derretiría parcialmente las losas para formar un derretimiento denso que se acumula y forma las estructuras de la zona de velocidad ultrabaja en la parte inferior del límite núcleo-manto más cerca del LLSVP que los cementerios de losas. El resto del material luego es transportado hacia arriba mediante flotabilidad inducida químicamente y contribuye a los altos niveles de basalto que se encuentran en la dorsal oceánica . El movimiento resultante forma pequeños grupos de pequeñas columnas justo encima del límite entre el núcleo y el manto que se combinan para formar columnas más grandes y luego contribuyen a las superplumas. Los LLSVP del Pacífico y África, en este escenario, se crean originalmente mediante una descarga de calor desde el núcleo (4000 K) al manto mucho más frío (2000 K); La litosfera reciclada es el combustible que ayuda a impulsar la convección del superpluma. Dado que sería difícil para el núcleo de la Tierra mantener este alto calor por sí solo, esto respalda la existencia de nucleidos radiogénicos en el núcleo, así como la indicación de que si la litosfera fértil subducida deja de subducirse en lugares preferibles para el consumo de superpluma, marcará la desaparición de ese superpluma. [4]
Otro origen propuesto para los LLSVP es que su formación está relacionada con la hipótesis del impacto gigante , que afirma que la Luna se formó después de que la Tierra colisionó con un cuerpo del tamaño de un planeta llamado Theia . [15] La hipótesis sugiere que los LLSVP pueden representar fragmentos del manto de Theia que se hundieron hasta el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra. [15] La mayor densidad de los fragmentos del manto se debe a su enriquecimiento en óxido de hierro(II) con respecto al resto del manto terrestre. Esta mayor composición de óxido de hierro (II) también sería consistente con la geoquímica isotópica de las muestras lunares, así como con la de los basaltos de las islas oceánicas que recubren los LLSVP. [16] [17]
Los modelos geodinámicos de convección del manto han incluido material compositivo distintivo. El material tiende a quedar arrastrado por crestas o montones. [10] Al incluir movimientos realistas de placas pasadas en el modelado, el material es arrastrado en ubicaciones que son notablemente similares a la ubicación actual de los LLSVP. [18] Estas ubicaciones también se corresponden con ubicaciones conocidas de cementerios de losas.
Este tipo de modelos, así como la observación de que la estructura D” de los LLSVP es ortogonal a la trayectoria del verdadero desplazamiento polar , sugieren que estas estructuras del manto han permanecido estables durante grandes períodos de tiempo. Esta relación geométrica es consistente con la posición de Pangea y la formación del patrón geoide actual debido a la ruptura continental causada por el superoleaje que se encuentra debajo. [8]
Sin embargo, el calor del núcleo no es suficiente para sostener la energía necesaria para alimentar las superplumas ubicadas en los LLSVP. Hay una transición de fase de perovskita a post-perovskita desde las losas de pozo que provoca una reacción exotérmica . Esta reacción exotérmica ayuda a calentar el LLSVP, pero no es suficiente para representar la energía total necesaria para sostenerlo. Por lo tanto, se plantea la hipótesis de que el material del cementerio de losas puede volverse extremadamente denso y formar grandes charcos de concentrado fundido enriquecido en uranio , torio y potasio . Se cree que estos elementos radiogénicos concentrados proporcionan las altas temperaturas necesarias. Entonces, la aparición y desaparición de los cementerios de losas predice el nacimiento y la muerte de un LLSVP, cambiando potencialmente la dinámica de todas las placas tectónicas. [4]
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