Las ondas sísmicas revelan complejidades en el manto de Marte – Mundo Física

Las ondas sísmicas revelan complejidades en el manto de Marte – Mundo Física

Marca de tiempo: 14 de noviembre de 2023 4:54 p.m.

Estudio sísmico de Marte
Interior complejo: ilustración que muestra las dos capas diferentes del manto marciano entre el núcleo y la corteza. También se muestra cómo las capas afectan las ondas sísmicas detectadas por InSight. (Cortesía: IPGP-CNES)

El manto de Marte está dividido en una capa exterior parcialmente fundida y una capa totalmente fundida rica en silicio que se encuentra más cerca del núcleo del planeta. Este descubrimiento fue realizado por dos equipos independientes y desafía la opinión anterior de que el manto, que se encuentra entre la corteza y el núcleo marciano, tiene una composición y estructura uniformes. Los nuevos análisis utilizaron datos sísmicos de la NASA. InSight Marte aterrizará y podría ayudar a dar forma a nuestra comprensión de cómo se formó y evolucionó el planeta rojo.

Algunas de las ondas sísmicas estudiadas fueron creadas por meteoritos que impactaron en el planeta. Las ondas habrán viajado profundamente dentro de Marte antes de llegar al sismómetro de InSight, y su estudio proporciona información importante sobre el interior marciano.

“Distancias epicentrales tan grandes permitieron la propagación de ondas de compresión que viajaban en el manto marciano más bajo como una onda difractada”, explica henri samuel del CNRS de París, que dirigió uno de los estudios. "Se descubrió que la propagación de estas ondas era demasiado lenta para explicarse por un manto homogéneo".

Abundancia sorprendente

La investigación también ha proporcionado más pistas sobre la composición elemental del núcleo marciano. Anteriormente, se había calculado que contenía una abundancia sorprendentemente alta de elementos más ligeros, incluidos carbono, oxígeno e hidrógeno. Sin embargo, estos últimos estudios sugieren que estos elementos más ligeros no son tan comunes como se había predicho y el núcleo es más pequeño y denso de lo que se pensaba anteriormente.

El otro estudio fue dirigido por Amir Khan en ETH Zurich, quien explica: "Esta necesidad de un gran complemento de estos elementos [más ligeros] planteó serios problemas cosmoquímicos, ya que es difícil imaginar cómo Marte habría acumulado una proporción tan grande de elementos ligeros y los habría secuestrado en su núcleo". ”.

En sus respectivos estudios, los equipos de Samuel y Khan realizaron inversiones de los datos sísmicos de InSight, una técnica matemática que transforma la información en modelos subterráneos del interior planetario.

Posteriormente, cada equipo adoptó un enfoque ligeramente diferente para interpretar sus inversiones. Para Khan y sus colegas, esto implicó desarrollar sus cálculos a partir de primeros principios. "Calculamos las velocidades de las ondas sísmicas y la densidad de las aleaciones de elementos ligeros de hierro y níquel utilizando la mecánica cuántica, que es completamente nueva para las condiciones equivalentes del núcleo de Marte", explica Khan.

Estructuras atenuantes

El equipo de Samuel fue más allá de las consideraciones de densidad, composición y velocidad sísmica y observó cómo la estructura interior de Marte atenuaba las ondas sísmicas. “A partir de esto pudimos deducir el primer modelo de estructura de atenuación del manto de Marte basándose en datos sismológicos y otros datos geofísicos”, explica.

Sin embargo, incluso con estos métodos diferentes, ambos equipos llegaron a una conclusión sorprendente. "A diferencia de la Tierra, Marte parece tener un manto fuertemente estratificado con esta capa de silicato enriquecido sobre su núcleo", dice Samuel. "La parte inferior de la capa está completamente fundida, mientras que la parte superior, más delgada, está parcialmente fundida".

Khan explica que su equipo llegó a una conclusión muy similar. “La composición de la capa fundida en nuestros cálculos es muy cercana a la del manto de silicato, lo que ayuda a explicar nuestro hallazgo de una capa de silicato ligeramente más densa en relación con el manto. El hecho de que el silicato sea ligeramente más denso también explica por qué la capa permanece estable en el fondo del manto”.

A pesar de las similitudes en sus resultados, los diferentes enfoques de los equipos les permitieron explorar diferentes implicaciones de su descubrimiento. Para el equipo de Samuel, revelar la estructura del manto en términos de atenuación les permitió explicar mejor la trayectoria orbital de la luna más cercana a Marte, Fobos.

Campo gravitacional

Según el equipo, una capa de silicio fundido podría deformarse más fácilmente bajo las fuerzas de marea de la luna que la capa más fría y parcialmente fundida de arriba. Esto explicaría mejor la relación entre el campo gravitacional de Marte y la órbita de Fobos, manteniendo la coherencia con las mediciones de InSight.

A través de su propio examen del núcleo de Marte, el equipo de Khan calculó que entre el 9% y el 15% de su masa está formada por elementos ligeros. En términos de modelos de cómo se formó Marte, esta menor abundancia parece más razonable que las estimaciones de más del 20% realizadas en estudios anteriores basados ​​en el supuesto de un manto homogéneo.

Para ambos equipos, el descubrimiento marca un punto de inflexión en nuestra comprensión de cómo Marte se formó y evolucionó por primera vez durante los últimos 4.5 millones de años. "Con la presencia de estratificación en el manto marciano, necesitamos volver a analizar y reinterpretar el registro sísmico de aproximadamente cuatro años de duración y todos los demás observables geofísicos a la luz de este nuevo paradigma", dice Samuel. "Esto podría conducir a descubrimientos adicionales sobre la estructura profunda del manto marciano y su núcleo".

Más allá de mejorar nuestro conocimiento sobre Marte, el resultado también podría ayudar a los astrónomos a comprender mejor los planetas rocosos más allá del sistema solar. "Mediante la adquisición de nuevos datos y nuevos métodos de análisis, hacemos nuevos descubrimientos y seguimos refinando y actualizando nuestra comprensión actual de de qué están hechos los planetas terrestres", añade Khan. "En última instancia, esto será necesario para comprender el origen y la evolución de los sistemas planetarios extrasolares".

Ambos equipos informan sus estudios en Naturaleza. El papel de Samuel está aquí. y del Papel de Khan aquí.

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