Luma gorakorrei buruzko behin betiko froga?

Arturo Apraiz

Geologoak eta batez ere sismologoak luma gorakorrak identifikatzen eta irudikatzen saiatu dira, teoria mailan definitu zirenetik (Morgan, 1971). Luma gorakorren agerpena baieztatzeko eta nukleo eta mantuaren arteko mugan sortzen direla egiaztatzeko frogarik argiena, sismikoki mantuan detektatzea izango litzateke.
Hasieran uste baino zailagoa suertatu da ordea luma gorakorrak sismikoki identifikatzea eta, ahalegindu arren, kolokan egon da eredu hau artean ez zegoelako froga zalantza gaberik.

Sismologoek milaka eta milaka saiakera egin dituzte eta batzuetan, luma gorakorren aldeko emaitzak lortu dituzte eta beste batzuetan, aurkakoak. Teknikak hobetu ahala, hala ere, aldeko datuak ugarituz joan dira eta aurreko mendeko azken urteetan eta mende honetako lehendabizikoetan, hasi dira agian zalantza guztiak uxatuko dituen teknika berria erabiltzen: tomografia sismikoa. Teknika honetan, Lurraren barneko hiru dimentsioko irudiak lortzen dira, lurrikarek edo leherketa kontrolatuek sortzen dituzten uhin sismikoak eta munduan zehar sakabanatutako sismografo-sarea erabiliz. Tomografia sismikoak sakonera jakin batzuetan gertatzen diren uhin-sismikoen abiadura-anomaliak erabiltzen ditu oinarri gisa.

Hasiera batean, teknikaren erresoluzio maila eskasa zen eta oso eskala handiko egiturak zehazteko baino ez zuen balio. Horrelaxe identifikatu ziren mantuaren barnean abiadura sismiko txikiagoa duten bi eremu oso zabalak (1. irudia). Bata, Afrika hegoaldeko lurmuturretik abiatu eta diagonalean Afarko lurralderantz (Etiopia); bigarrena, Ozeano Barearen azpian kokatuta dago. Zehazki, puntu bero gehien dituzten lurraldeen azpitik kokatuta daude, eta abiadura sismiko baxuko lurralde handiak (LLSVP – Large low-shear-velocity provinces) edo superlumak bezala ezagutzen dira.

1. irudia: Mantuko tomografia sismikoaren irudi artistikoa. Gorriz, normalak baino abiadura sismiko txikiagoko eremuak (Afrika eta Ozeano Barearen azpian) eta urdinez, normalak baino abiadura sismiko altuagoko eremuak. (Argazkia: Cornell University, Geology Department).

Datu horietatik abiatuta, lehendabiziko hurbilketa batean, normalak baino abiadura sismiko altuagoak dentsitate altuko arroka hotzagoekin lotu ziren, eta normalak baino txikiagoak dentsitate txikiko material beroekin. Horrela, dentsitatearen eta tenperaturaren arteko erlazio zuzena erabiliz, abiadura txikiko eremuak konbekzio-korronte gorakorrekin lotu ziren, eta abiadura handikoak konbekzio-korronte beherakorrekin.

Ikerketak findu ahala, ordea, sismologoak berehala ohartu ziren tenperaturan soilik oinarritutako interpretazioa ez dela nahiko abiadura-anomaliak egokiro interpretatzeko, eta beharrezkoa dela konposizio-aldaketen gaineko eragina kontutan hartzea ere. Horrela, gaur egun, onartzen da behe-mantuko LLVSPk (abiadura sismiko baxuko lurralde handiak) inguruko mantuko arrokak baino dentsoagoak ere badirela, konposizio desberdina dutelako. Dentsoagoak izanda, aukera dute historia geologikoan zehar mantuaren beheko aldean pilatuta gelditzeko, bestela konbekzio-korronte gorakorretan gorantz egingo lukete.

2015. urtean argitaratu zen agian luma gorakorren agerpenari buruzko eztabaidari amaiera emango dion lana. Bertan, tomografia sismikoaren teknika berrienak eta super-ordenagailu modernoenen 3 milioi orduko lan-denbora erabiliz (hainbat prozesatzaile batera abian jarrita paraleloki), inoiz erdietsi den mantu-irudirik garbiena lortu zen (French eta Romanowicz, 2015).

Irudi horretan oso nabarmenak dira puntu bero nagusien azpitik gutxi gorabehera bertikalak diren zutabe zabalak (ez estuak, luma gorakor termiko teorikoek adierazten dutenen antzera) (2. irudia). Zutabeen zabalerak iradokitzen du bizitza luzeko egiturak direla eta termikoak izan beharrean, termokimikoak izan behar dutela, hau da, luma gorakorrek D’’ eremuko materiala barnean dutela. D’’ eremua, nukleoarekin kontaktuan dagoen mantuko eremurik sakonena da, bataz beste 200 km-ko lodiera du eta anomalia sismiko ugari dituelako bereizten da. Behe-mantuko material arrunta baino biskositate txikiagoa izan behar du eremu horrek.

Luma gorakorren izaera termokimikoaren alde egiten du era berean lumaren eta inguruko mantuaren arteko muga zorrotzak; lumek soilik izaera termikoa izango balute, inguruko mantuarekin duten ukipena progresiboagoa litzateke, halabeharrez.

2. irudia: Hawaiiko gune beroa elikatzen duen luma gorakorraren inoiz lortutako irudirik fidagarriena; horretarako tomografia sismikoaren teknika aurreratuenak erabili dira. Baieztatu da luma gorakorra nukleo eta mantuaren arteko mugaren inguruan sortzen dela eta 1.000 km-ko sakoneran geometria-aldaketa nabarmena duela. (French eta Romanovicz, 2015)

Luma gorakorren zutabeak nukleo eta mantuaren arteko mugatik 1.000 km-ko sakonetaraino luzatzen dira bertikalki, aldaketa nabarmenik gabe. Hori dela eta, pentsa dezakegu inguruko mantuaren berezko mugimendua oso oso motela izan behar dela. Aldiz, 1.000 km-ko sakoneran hainbat zutabetan aldaketa horizontalak ikusten dira, ustez konbekzio indartsuagoko mantuko eremu batean barneratzen delako zutabea. Sakonera horrek islatu lezake plaken mugimenduek mantuaren barruan eragiten dutenaren muga.

Irudietan, nabarmena da era berean zutabeak abiadura sismiko txikiagoko eremuetan sustraituta daudela, nukleoaren eta mantuaren arteko mugan. Hainbat kasutan (Hawaii, Islandia, Samoa), eremu horiek bat datoz abiadura ultratxikiko eremuekin (ULVZ – Ultra-low velocity zones).

Lortutako tomografia sismikoaren irudi berriek argi erakusten dute ULVZn (abiadura ultratxikiko eremu) eta luma gorakorren arteko harremana.

Teknika honen bitartez behatutako luma gorakor guztiak Afrika eta Ozeano Bareko abiadura sismiko txikiko lurralde zabalen (LLSVP) inguruan kokatzen dira, batez ere ertzetan. Aldiz, nukleo eta mantuaren arteko mugan normala baino abiadura sismiko handiagoa duten eremuen gainetik kokatutako gune beroen kasuan ez da aurkitzen nukleo eta mantuaren arteko mugaren eta gune beroen artean zutaberik. Hori azaltzeko aukera bi daude: erabilitako teknikaren zehaztasuna ez da zutabe horiek erregistratzeko bezain bestekoa, edo gune bero horien jatorria, mantu sakonean egon beharrean, goi-mantuan edo behe-mantuaren goiko aldean dago. Hau da, adibidez, Yellowstoneko gune beroaren kasua. Era berean, desberdintasun nabarmenak aurkitzen dira Afrika inguruko eta Ozeano Barearen inguruko luma gorakorren artean. Afrika iparraldeko gune bero gehienek (Afarkoa eta Eki-Afrikako riftena salbu) ez dute behe-mantuan zutabe-geometria nabarmenik, eta ematen du behe-mantuko domo egitura oso zabal batetik abiatzen direla, Afrikako LLSVPtik noski. Aldiz, Ozeano Bareko luma gorakorrek nukleo eta mantuaren arteko mugatik abiatzen diren ondo garatutako zutabeak dituzte, eta denak batera “lumen sorta” bat osatzen dute.

Datu hauek egiaztatuko balira, luma gorakorren agerpenari buruzko eztabaida betirako bukatuko litzateke, baina beste hainbat galdera daude oraindino erantzuteko. Zein da luma gorakorren konposizioa? Zein da luma gorakorren eragina plaken mugimenduan? Zergatik sortzen dira? Beste hainbat ere hor daude erantzunaren zain.

Erreferentzia bibliografikoak:

  • Morgan, W.J. (1971): Convective plumes in the lower mantle. Nature, 230: 42-43.
  • French, S.W. eta Romanovicz, B. (2015). Broad plumes rooted at the base of the Earth’s mantle beneath major hotspots. Nature, 525: 95-99.

———————————————————————————-

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

———————————————————————————-

Arturo Apraizek geodinamikari buruz idatzitako artikulu-sorta:

  1. Mantuko luma gorakorrak, benetakoak ote? (I): Aurrekariak eta sorrera-unea.
  2. Mantuko luma gorakorrak, benetakoak ote? (II): Lumen eredua.
  3. Mantuko luma gorakorrak, benetakoak ote? (III): Plaken eredua.
  4. Nukleo eta mantuaren arteko muga: ilun zegoena argitzean…
  5. Lurralde igneo erraldoiak: Lurraren indar-erakustaldia.
  6. Superkontinenteen sorrera eta apurketa.
  7. Luma gorakorrei buruzko behin betiko froga?

Eman iritzia

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>