Nukleo eta mantuaren arteko muga: ilun zegoena argitzean…

Arturo Apraiz

Nukleo eta mantuaren arteko muga (CMB; Core-Mantle Boundary) gure planetaren barnean dagoen mugarik nabarmenena da. Izan ere, mugaren alde batera eta bestera dauden konposizio-aldaketak eta materialen propietate fisikoak askoz desberdinagoak dira, Lur solidoaren eta atmosferaren edo hidrosferaren artean daudenak baino. Muga honetan zehar gertatzen den bero-fluxuak eragin handia du kanpo-nukleoaren dinamikan zein mantuko konbekzioan. Bertan sortzen dira plaken dinamika, superkontinenteen apurketa eta bereizketa, basalto-plataformak eta, ondorioz, klima-aldaketa orokorrak zein suntsipen biologikoak eragin ditzaketen luma gorakorrak.

Nahiz eta jakin bertan, Lurraren bilakaeran eragina duten prozesuak gerta daitezkeela, azken urteetara arte ingurune iluna izan da, eta oso urriak izan dira Lurraren barneko eremu horren inguruko datuak. Azken urteetan ordea, tomografia sismikoaren garapenari esker, baieztatu ahal izan da hiru dimentsioko egitura ugari daudela bertan, eskala askotarikoak, milaka kilometrotik hamarnaka kilometrora. Ondoren, orain arte mantuaren beheko aldean bereizi diren egitura onartuenak aipatuko dira, bakoitzaren ezaugarri nagusiekin batera (2. eta 3. irudia).

Ozeano Pazifikoaren eta Afrikaren azpitik, behe-mantuan kokatutako eskala handiko bi eremu daude, 15.000 km-ko zabalerarekin eta CMBtik gora, 500-1000 km-ko garaierarekin. Bertan, normalak baino txikiagoak diren abiadura-sismikoak antzeman dira. Gaur egun, eremu hauei “abiadura-sismiko txikiko lurralde handiak” izena ematen zaie (LLSVP; Large Low Seismic Velocity Provinces). Hasiera batean, iradoki zen agian tenperatura altuagoko eta ondorioz, dentsitate baxuagoko eremuak izan litezkeela (superlumak), baina muga zorrotzak dituzte inguruko materialekin eta P- eta S-uhinen abiadura-aldaketen azterketa zehatzek, erakutsi dute inguruko arrokak baino dentsitate handiagoa dutela. Beraz, baieztatu da konposizioan ere nolabaiteko desberdintasuna izan behar dutela. Oraingoz, konposizio-desberdintasunak azaltzeko bi aukera baino ez dira iradokitzen.

Alde batetik, Fe-n aberastuta egoteak azalduko luke abiadura-sismikoen moteltzea eta dentsitatearen gehikuntza, eta beraz baliteke, aldaketa kimikoa nukleo eta mantuaren arteko elkartrukearen ondorioa izatea edo Lurraren hastapenetan mantuaren diferentziazio-prozesuan garatutako konposizio desberdineko eremua izatea. Bestetik, espero da hondoratutako ozeano-lurrazala inguruko materiala baino dentsoagoa izatea behe-mantuko baldintzetan. Beraz, aldaketa kimikoen eragile ere izan liteke.

LLSVPei buruzko hipotesi hedatuenetakoak dio badaudela arrazoiak subdukzio-eremuekin lotutako konbekzio-korronte beherakorrek albo batera desplazatutako eremuak direla pentsatzeko, konbekzio-korronte gorakorreko inguruneekin lotura eginez: lehenik, konposizio propioa dute, bigarrenik, inguruko mantua baino dentsoago dira eta hirugarrenik, flotazio neutroa edo motelki negatiboa dute.

Horrela, azal daiteke luma gorakor ugari LLSVPen mugetan sustraituta egotea eta, era berean, konposizio desberdineko bi eremuen arteko nahasketaren ondorio izan daitezke puntu beroetako arroka bolkanikoek erakusten dituzten ezaugarri isotopiko bereziak. LLSVPak eragin nabarmena dute mantuaren dinamikan eta luma gorakorren sorreran.

CMBtik 100-200 km gora sarritan sumatzen da uhin-sismikoen abiaduraren bat-bateko igoera eta azalera islatzaile bat ere agertzen da; azken hori, mantuaren barneko beste etenune sismikotzat hartu da. Etenunea etena eta uhinkaria da, eta D’’ eremua bezala identifikatuta zuten geofisikoek aspalditik. Petrologia esperimentaleko ikerketak aurrera eramatea oso zaila izan da, muturreko baldintzengatik: muturreko presioa (atmosferako presioa baino 1,3 milioi aldiz handiagoa) eta tenperatura (2.500 K-tik gorakoa). Hala eta guztiz ere, 2004. urtean, baldintza horiek laborategian lortu zirenean, egiaztatu zen behe mantuko mineral nagusiak (perovskita) egitura-aldaketa bat jasaten duela, eta post-perovskita^[1] izeneko egitura minerala garatzen duela. Geroztik egindako ikerketetan guztiz egiaztatu da post-perovskitak tenperaturarekiko menpekotasun handia duela, eta zenbat eta tenperatura handiagoa izan presio handiagoa (edo sakonera handiagoa) behar duela garatzeko. Horrela, erraz detektatzen da subdukzio-eremuetan hondoratutako ezpalak pilatzen diren eremu hotzetan (D’’ erreflektorea), baina ez da garatzen nukleo eta mantuaren arteko ingurune beroenetan (LLSVP). Tenperaturaren menpekotasunak eragiten du D’’ azaleraren geometria uhinkaria eta etena.

Nukleo eta mantuaren arteko mugaren gainean 5-40 km lodi eta 100 km zabal diren txatal isolatuak identifikatu dira, uhin sismikoen abiadura izugarri moteltzen delako (2. eta 3. irudia). Txatal horiei “abiadura sismiko ultratxikiko eremua” izena eman zaie (ULVZ; Ultra-Low Velocity Zones). P-uhinak %10-raino eta S-uhinak %30-raino motel daitezke, baina behe–mantu guztian zehar lortzen diren abiadura-aldaketak %1-2 tartekoak baino ez dira. Abiadura sismikoen moteltze nabarmenak eta S-uhinen abiadura-moteltzea P-uhinena baino askoz ere nabarmenagoa izateak, iradokitzen dute txatal hauek fusio partzialaren ondorio direla. Nukleo eta mantuaren arteko muga konposizionalki homogeneoa balitz, fusio partzialaren ondorio diren ULVZak CMB guztian zehar agertuko lirateke, muga hori isotermikoa baita. Baina ULVZak txataletan sakabanatuta ageri dira, eta konposizio kimikoaren aldetik ere desberdinak izan behar dutela pentsatu behar dugu. ULVZko txatalak LLSVPetako ertzetan pilatuta agertzeko joera dute eta uste da mantuko sakonera berean dauden beste materialak baino %10 dentsoagoak direla bertako materialak. Izan ere, ez dute konbekzio-korronte gorakorrekin batera mantuan gora egiten. Lurraren azaleko puntu-beroak (hot spot) LLSVP ertzen gainetik kokatuta daude, hain zuzen ULVZak kokatzen diren eremuen gainetik, eta horrek agerian uzten du luma gorakor eta ULVZen arteko harreman zuzena. Beraz, baliteke ULVZk eragin zuzena izana probintzia igneo erraldoien sorreran edo superkontinenteen apurketan.

Berriki, Ipar-Amerikako sismografo-sare osatua erabiliz Ipar-Amerika azpiko CMBko azterketa sismiko zehatza egin da eta beste egitura mota bat identifikatu ahal izan da (Sun et al., 2012).

CMBren gainetik hainbat gandor irudikatu dira, oraingoz abiadura baxuko eremu gisa identifikatzen direnak (LVZ; Low Velocity Zone), lodiera aldakorrekoak eta 100 km bitarteko altueraraino luzatzen direnak (3. irudia). Gandorretan uhin sismikoen abiadura moteldu egiten da, baina ez ULVZtan bezain beste; P-uhinen abiadura %5 moteltzen da eta S-uhinena %8. Era berean, kalkulatu da dentsitatea inguruko mantuko arrokena baino %1.5-2 handiagokoa dela. Datu hauek dituztela, ikertzaileek iradoki dute agian LVZ eremuak burdina kopuru altuago baten ondorio direla, nukleo eta mantuaren arteko material trukaketaren eraginez. Lortutako datuek iradokitzen dute Ipar-Amerikaren azpiko nukleo eta mantuaren arteko muga konposizio kimikoaren aldetik oso heterogeneoa dela.

Sismologoek gero eta eskala txikiagoko egiturak identifikatzen ari dira, 10 km ingurukoak ere; hala ere, oso zaila da fusio partzialeko eremuekin, konposizio desberdineko eremuekin edo beste zerbaitekin lotura zuzena egitea. Zehaztapen handiagoko azterketak behar dira egitura txikien ezaugarriak identifikatu eta beraien jatorriari buruz hipotesiak plazaratu ahal izateko.

Etorkizunean, gero eta konpaktuagoa izango da sismografo-sarea, batez ere eremu ozeanikoetan tresna gehiago kokatzen ari direlako. Gainera, konputagailuen ahalmenak gero eta handiagoak direnez, etorkizun hurbilean oso zehaztapen handiko irudiak lortu ahal izango dira CMBan.

Oharrak:

[1] Post-perovoskita (pPv): MgSiO₃ magnesio silikatoaren presio altuko fasea.

Erreferentzia bibliografikoak:

• Rost, S. (2013): Core-mantle boundary landscapes. Nature Geoscience, 6: 89-90.
• Sun D, Helmberger DV, Jackson JM, Clayton RW, Bower DJ. Rolling hills on the core-mantle boundary Earth and Planetary Science Letters. 361: 333-342.

Egileaz:

Arturo Apraiz UPV/EHUko Geodinamika saileko irakaslea eta ikertzailea da.

Arturo Apraizek geodinamikari buruz idatzitako artikulu-sorta:

• Mantuko luma gorakorrak, benetakoak ote? (I): Aurrekariak eta sorrera-unea.
• Mantuko luma gorakorrak, benetakoak ote? (II): Lumen eredua.
• Mantuko luma gorakorrak, benetakoak ote? (III): Plaken eredua.
• Nukleo eta mantuaren arteko muga: ilun zegoena argitzean…
• Lurralde igneo erraldoiak: Lurraren indar-erakustaldia.
• Superkontinenteen sorrera eta apurketa.
• Luma gorakorrei buruzko behin betiko froga?
• Noiz abiatzen da plaka-tektonika?
• Eta, plaka-tektonikaren aurretik zer?