El terremoto de 2011 en Japón sacudió al país después de que una onda sísmica viajara hasta el núcleo de la Tierra.

El megaterremoto de Tohoku-Oki, ocurrido el viernes 11 de marzo de 2011 en Japón, generó una poderosa onda sísmica que recorrió aproximadamente 2.900 kilómetros hasta el borde del núcleo terrestre, regresando a la superficie aproximadamente 13 minutos después y desplazando todo el territorio japonés aproximadamente seis milímetros hacia el este. Aunque este movimiento fue imperceptible para la población, la red altamente sensible de Japón detectó el cambio casi simultáneamente en todo el país. Durante 15 años, los científicos no pudieron explicar esta señal anómala porque no correspondía al terremoto principal, réplicas u otros eventos geológicos conocidos. Una investigación reciente, publicada en la revista Science, finalmente ha identificado la onda sísmica que regresa como la causa, lo que marca la primera observación documentada de un fenómeno tan profundamente arraigado con efectos mensurables en la superficie.

El recorrido subterráneo de una onda sísmica durante casi 2.900 kilómetros

El estudio que desveló el misterio fue liderado por Sunyoung Park, profesor asistente de ciencias geofísicas de la Universidad de Chicago, en colaboración con Hiroo Kanamori, del Instituto Tecnológico de California, y Luis Rivera, de la Universidad de Estrasburgo.

Los investigadores descubrieron que la inexplicable señal del GPS fue causada por una onda ScS, un tipo de onda sísmica producida durante terremotos de alta intensidad. A diferencia de las ondas superficiales, que son las principales responsables de los temblores que sienten las personas, las ondas ScS viajan a gran profundidad a través del manto sólido del planeta.

Tras el terremoto de Tohoku-Oki en 2011, una de estas ondas descendió unos 2.890 kilómetros hasta alcanzar la interfaz entre el núcleo y el manto de la Tierra, la zona que separa el manto rocoso del núcleo exterior líquido.

Las ondas de corte no tienen la capacidad de atravesar líquidos. Por este motivo, al alcanzar el hierro y el níquel fundidos del núcleo externo, la onda ScS no pudo continuar su camino. En cambio, se reflejó en el límite entre el núcleo y el manto, regresando hacia la superficie, de forma análoga a un eco que rebota en una pared. El viaje completo de ida y vuelta cubrió alrededor de 5.800 kilómetros, consolidándose como uno de los viajes sísmicos más profundos jamás asociados con un efecto palpable en la superficie de la Tierra.

La interfaz entre el núcleo y el manto existe en condiciones extremas, con temperaturas estimadas que superan los 3.500°C y presiones que alcanzan más de 130 gigapascales, lo que la convierte en una de las regiones más inaccesibles y científicamente relevantes del interior de la Tierra.

Los investigadores afirman que la extraordinaria magnitud del terremoto de Tohoku-Oki generó una onda ScS con una potencia excepcional, dotada de energía suficiente para soportar el largo recorrido por el interior del planeta. Al regresar a Japón, la ola aún tenía fuerza suficiente para impactar fallas que ya estaban al límite de ruptura debido al temblor principal.

¿Cómo logró regresar la ola después de 13 minutos?

Los científicos calcularon que el viaje hasta el límite entre el núcleo y el manto, y de regreso, tomaría aproximadamente 13 minutos, un tiempo que coincide perfectamente con la inexplicable señal de GPS registrada en todo Japón.

Cuando la onda reflejada llegó a la superficie, azotó gran parte del país casi simultáneamente. Los investigadores creen que este evento provocó pequeños deslizamientos de tierra a lo largo de los límites de las placas tectónicas, que ya estaban bajo una inmensa presión como resultado del terremoto principal. Estos movimientos a pequeña escala desplazaron permanentemente a Japón hacia el este entre cinco y seis milímetros.

Aunque el desplazamiento fue casi imperceptible, se estima que los deslizamientos combinados de las fallas liberaron energía comparable a la de un terremoto de magnitud 7,5. A diferencia del sismo principal, estos deslizamientos de tierra desencadenados generaron poca vibración adicional porque el movimiento se produjo lentamente a lo largo de numerosos segmentos pequeños de falla en lugar de a través de una sola gran ruptura, lo que permitió que el suelo se moviera sin producir otro evento sísmico significativo.

¿Por qué nunca antes se había observado este fenómeno?

Los sismólogos han estudiado las ondas ScS durante décadas, utilizándolas habitualmente para sondear profundamente el interior de la Tierra. Sin embargo, lo que nunca se había presenciado fue el regreso de una onda con suficiente energía como para dejar una marca permanente y mensurable en la superficie de la Tierra.

Según los investigadores, el terremoto de Tohoku-Oki fue único debido a su enorme magnitud. La onda ScS reflejada, registrada en todo Japón, tenía una amplitud de pico a pico superior a un centímetro, lo que la hacía mucho más fuerte que las generadas por la mayoría de los terremotos. Combinada con fallas ya estresadas, esta energía inusual parece haber sido suficiente para desencadenar movimientos adicionales del suelo.

La señal GPS que desconcertó a los científicos durante 15 años

Japón opera una de las redes de monitoreo GPS más densas del mundo, con más de 1.300 estaciones en funcionamiento continuo, capaces de detectar incluso los movimientos más pequeños del terreno.

Unos 15 minutos después del terremoto, los instrumentos registraron un desplazamiento casi simultáneo hacia el este en todo el país. El patrón observado no coincidía con la ruptura principal, ninguna réplica conocida o un deslizamiento de tierra submarino, lo que dejó a los científicos sin una explicación convincente durante más de una década.

El nuevo análisis finalmente vincula esta anomalía de larga data con el regreso de la onda ScS, resolviendo un misterio científico persistente.

Cómo los investigadores descartaron otras explicaciones

Antes de llegar a una conclusión final, el equipo de científicos evaluó varias explicaciones contrapuestas para el fenómeno.

Si la ruptura principal hubiera seguido liberando energía, el movimiento debería haber sido más intenso cerca del epicentro, en lugar de manifestarse casi uniformemente en todo Japón. Del mismo modo, ni una réplica no registrada ni un deslizamiento de tierra submarino podrían explicar el momento ni el patrón a nivel nacional observado por la red GPS.

Según los investigadores, la onda ScS reflejada representa el único mecanismo capaz de explicar todas las observaciones registradas.

Las implicaciones del descubrimiento para la sismología.

Los hallazgos sugieren que los efectos de los terremotos más grandes del planeta pueden extenderse a profundidades y distancias mucho mayores de lo que se imaginaba anteriormente.

Hasta la fecha, los riesgos sísmicos se han asociado principalmente con grandes rupturas, réplicas y tsunamis. El estudio reciente indica que las ondas sísmicas que viajan miles de kilómetros a través del interior de la Tierra también pueden ser capaces de desencadenar movimientos adicionales de fallas después de reflejarse en el límite sobre el núcleo externo.

Los investigadores ahora planean reexaminar datos de otros grandes terremotos, incluido el terremoto de Sumatra-Andamán de 2004, el terremoto de Valdivia de 1960 en Chile, el terremoto de Alaska de 1964 y el terremoto de Maule de 2010, para ver si el mismo mecanismo ocurrió en otras regiones del mundo.

Lo que revela el descubrimiento sobre el interior oculto de la Tierra

El estudio también destaca la forma en que los científicos investigan partes del planeta que siguen siendo físicamente inaccesibles. El pozo más profundo jamás perforado, el pozo Kola Superdeep en Rusia, sólo alcanzó unos 12 kilómetros, mientras que el manto de la Tierra se extiende aproximadamente 2.890 kilómetros antes de encontrarse con el núcleo externo líquido.

Dado que los humanos no pueden explorar directamente estas profundidades, los investigadores dependen de las ondas sísmicas generadas por poderosos terremotos para comprender la estructura interna del planeta. Al demostrar que una onda sísmica viajó hasta el borde del núcleo de la Tierra, regresó a la superficie y produjo un efecto mensurable, el terremoto de Tohoku-Oki proporcionó información sin precedentes sobre la conexión dinámica entre el interior profundo de la Tierra y su corteza.