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Geofísica marina

La geofísica marina es la disciplina científica que emplea métodos de geofísica para estudiar las cuencas oceánicas y los márgenes continentales del mundo, particularmente la tierra sólida debajo del océano. Comparte objetivos con la geología marina , que utiliza métodos sedimentológicos , paleontológicos y geoquímicos . Los análisis de datos geofísicos marinos llevaron a las teorías de la expansión del fondo marino y la tectónica de placas .

Edad de la litosfera oceánica

Métodos

La geofísica marina utiliza técnicas ampliamente empleadas en los continentes, desde campos que incluyen la geofísica de exploración y la sismología , hasta métodos exclusivos del océano como el sonar . La mayoría de los instrumentos geofísicos se utilizan desde barcos de superficie, pero algunos son remolcados cerca del fondo marino o funcionan de forma autónoma, como los vehículos submarinos autónomos o AUV.

Los objetivos de la geofísica marina incluyen la determinación de la profundidad y las características del fondo marino, la estructura sísmica y los terremotos en las cuencas oceánicas, el mapeo de la gravedad y las anomalías magnéticas sobre las cuencas y los márgenes, la determinación del flujo de calor a través del fondo marino y las propiedades eléctricas. de la corteza oceánica y del manto terrestre .

Navegación

La geofísica marina moderna, como ocurre con la mayoría de los estudios oceanográficos con barcos de investigación, utiliza satélites del Sistema de Posicionamiento Global , ya sea el sistema GPS estadounidense o el GLONASS ruso para la navegación de barcos. Los instrumentos geofísicos remolcados cerca del fondo marino suelen utilizar redes de sonar de navegación con transpondedor acústico .

profundidad del océano

La profundidad del fondo marino se mide mediante ecosonda , un método de sonar desarrollado durante el siglo XX y avanzado durante la Segunda Guerra Mundial . Las variaciones comunes se basan en el ancho y el número del haz del sonar, tal como se utiliza en el sonar multihaz o en el mapeo de franjas que se volvió más avanzado hacia la segunda mitad del siglo XX. [1]

Mapeo de franjas de sonar multihaz

Cubierta sedimentaria del fondo marino.

El espesor y el tipo de sedimentos que cubren la corteza oceánica se estiman mediante la técnica de reflexión sísmica . Este método fue muy avanzado por las empresas de exploración petrolera en alta mar . El método emplea una fuente de sonido en el barco con frecuencias mucho más bajas que el ecosondeo, y una serie de hidrófonos remolcados por el barco, que registran los ecos de la estructura interna de la cubierta de sedimentos y de la corteza debajo del sedimento. En algunos casos, se pueden detectar reflejos de la estructura interna de la corteza oceánica. [2] Las ecosondas que utilizan frecuencias más bajas cercanas a 3,5 kHz se utilizan para detectar tanto el fondo marino como la estructura poco profunda debajo del fondo marino.  El sonar de visión lateral , donde los haces del sonar apuntan justo debajo de la horizontal, se utiliza para mapear la textura del fondo marino en rangos que van desde decenas de metros hasta un kilómetro o más, según el dispositivo.

Estructura de la corteza oceánica y del manto superior.

Cuando la fuente de sonido o energía está separada de los dispositivos de grabación a distancias de varios kilómetros o más, se miden las ondas sísmicas refractadas . Su tiempo de viaje se puede utilizar para determinar la estructura interna de la corteza oceánica y, a partir de las velocidades sísmicas determinadas por el método, se puede hacer una estimación del tipo de roca de la corteza. [3]   Los dispositivos de registro incluyen hidrófonos en la superficie del océano y también sismógrafos del fondo del océano. Los experimentos de refracción han detectado anisotropía de la velocidad de las ondas sísmicas en el manto superior oceánico. [4]

Medición de los campos magnéticos y de gravedad de la Tierra dentro de las cuencas oceánicas

El método habitual para medir el campo magnético de la Tierra en la superficie del mar es remolcar un magnetómetro de precesión de protones de campo total varios cientos de metros detrás de un barco de investigación. [5] En estudios más limitados, los magnetómetros han sido remolcados a una profundidad cercana al fondo marino o acoplados a sumergibles profundos . [6]   Los gravímetros que utilizan la tecnología de resorte de longitud cero se montan en el lugar más estable de un barco; generalmente hacia el centro y bajo. Están especialmente diseñados para separar la aceleración de la nave de los cambios en la aceleración de la gravedad de la Tierra, o anomalías de la gravedad , que son varios miles de veces menores. En casos limitados, se han realizado mediciones de la gravedad en el fondo marino desde sumergibles profundos. [7]

Determinar la tasa de flujo de calor desde la Tierra a través del fondo marino.

El gradiente geotérmico se mide utilizando una sonda de temperatura de 2 metros de largo o con termistores conectados a barriles de sedimentos. Las temperaturas medidas combinadas con la conductividad térmica del sedimento dan una medida del flujo de calor conductivo a través del fondo marino. [8]

Mide las propiedades eléctricas de la corteza oceánica y del manto superior

La conductividad eléctrica , o la resistividad inversa, puede estar relacionada con el tipo de roca, la presencia de fluidos dentro de las grietas y poros de las rocas, la presencia de magma y depósitos minerales como sulfuros en el fondo marino. [9] Los estudios se pueden realizar en la superficie o el fondo marino o en combinación, utilizando fuentes de corriente activas o corrientes eléctricas naturales de la Tierra, conocidas como corrientes telúricas . [10]

En casos especiales, las mediciones de la radiación gamma natural procedente de depósitos minerales del fondo marino se han realizado utilizando centelleómetros remolcados cerca del fondo marino. [11]

Ejemplos del impacto de la geofísica marina.

Evidencia de la expansión del fondo marino y la tectónica de placas

Se utilizaron ecosondeos para refinar los límites de las dorsales oceánicas conocidas y descubrir otras nuevas. [12] [13] Sondeos adicionales mapearon zonas de fractura lineal del fondo marino que son casi ortogonales a las tendencias de las crestas. [14] [15]  Más tarde, al determinar la ubicación de los terremotos en las profundidades del océano se descubrió que los terremotos están restringidos a las crestas de las dorsales en medio del océano y a tramos de zonas de fractura que unen un segmento de una dorsal con otro. Ahora se conocen como fallas transformantes , una de las tres clases de límites de placas. [16]  Se utilizó sondeo por eco para mapear las fosas profundas de los océanos y se observó que los lugares de los terremotos estaban ubicados dentro y debajo de las fosas. [17]

Un centro de expansión (segmento de cresta) compensado por una falla transformante. Ambos son límites de placas. Una zona de fractura es la cicatriz de la falla transformante activa.

Los datos de experimentos de refracción sísmica marina definieron una delgada corteza oceánica, de aproximadamente 6 a 8 kilómetros de espesor, dividida en tres capas. [18] [19] Las mediciones de reflexión sísmica realizadas sobre las dorsales oceánicas encontraron que están desprovistas de sedimentos en la cresta, pero cubiertas por capas de sedimentos cada vez más gruesas a medida que aumenta la distancia desde la cresta de la cresta. [20] Esta observación implicaba que las crestas de las crestas son más jóvenes que los flancos de las crestas.

Los estudios magnéticos descubrieron anomalías magnéticas lineales que en muchas áreas corrían paralelas a la cresta de una dorsal oceánica y mostraban un patrón simétrico de imagen especular centrado en las crestas de las dorsales. [21] La correlación de las anomalías con la historia de las inversiones del campo magnético de la Tierra permitió estimar la edad del fondo marino. [22] Esta conexión se interpretó como la expansión del fondo marino desde las crestas de las crestas. [23] [22] Vincular los centros de expansión y las fallas transformadoras a una causa común ayudó a desarrollar el concepto de tectónica de placas. [24]

Cuando se comparó la edad de la corteza oceánica determinada por anomalías magnéticas o muestras de perforaciones con la profundidad del océano, se observó que la profundidad y la edad están directamente relacionadas en la relación de edad de la profundidad del fondo marino . [25] Esta relación se explica por el enfriamiento y la contracción de una placa oceánica a medida que se aleja de la cresta de una dorsal. [26]

Evidencia del paleoclima

Los datos de reflexión sísmica combinados con perforaciones en aguas profundas en algunos lugares han identificado discordancias generalizadas y reflectores sísmicos distintivos en el registro sedimentario de las profundidades marinas. [27] [28] Estos han sido interpretados como evidencia de eventos pasados ​​de cambio climático global. Los estudios de reflexión sísmica realizados en continentes polares han identificado características sedimentarias enterradas debido al avance y retroceso de las capas de hielo continentales. [29] [30] El mapeo con sonar de franja ha revelado las huellas de las capas de hielo cortadas cuando atravesaban las plataformas continentales polares en el pasado. [31]

Evidencia de respiraderos hidrotermales

El flujo de calor medido en las cuencas oceánicas reveló que el flujo de calor conductivo disminuía con el aumento de la profundidad y la edad de la corteza terrestre en los flancos de las dorsales oceánicas. [26] [25] Sin embargo, en la cresta de la cresta, se encontró que el flujo de calor conductivo era inesperadamente bajo para un lugar donde el vulcanismo activo acompaña la expansión del fondo marino. [32] Esta anomalía se explicó por la posible transferencia de calor por ventilación hidrotermal del agua de mar que circula en fisuras profundas en la corteza en los centros de expansión de las crestas de las crestas. Esta hipótesis se confirmó a finales del siglo XX cuando investigaciones realizadas con sumergibles profundos descubrieron respiraderos hidrotermales en centros de expansión. [33] [34] [35]

Evidencia de la estructura y propiedades de la Cordillera MedioOceánica

Los perfiles de gravedad marina realizados a lo largo de las dorsales oceánicas mostraron una falta de anomalía de gravedad; la anomalía del aire libre es pequeña o cercana a cero cuando se promedia en un área amplia. [36] [37] Esto sugirió que, aunque las crestas alcanzaron una altura en su cresta de dos kilómetros o más sobre las cuencas oceánicas profundas, esa masa adicional no estaba relacionada con un aumento de la gravedad en la cresta de la magnitud que se esperaría. Las crestas están compensadas isostáticamente , lo que significa que la masa total por debajo de cierta profundidad de referencia en el manto debajo de la cresta es aproximadamente la misma en todas partes. Esto requiere un manto de menor densidad debajo de la cresta de la cresta y los flancos superiores de la cresta. [36] Los datos de estudios sísmicos revelaron velocidades más bajas debajo de las crestas, lo que sugiere que partes del manto debajo de las crestas son roca fundida de menor densidad. [38] Esto es consistente con las teorías de la expansión del fondo marino y la tectónica de placas.

Centros de investigación que realizan geofísica marina.

Ver también

Referencias

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Otras lecturas