Cuando se produce un gran terremoto, las estaciones sismológicas de todo el mundo registran el movimiento una tras otra en pocos minutos. Sin embargo, curiosamente, las ondas sísmicas no llegan bien a las estaciones situadas a cierta distancia del epicentro. Esta franja, que las ondas sísmicas parecen esquivar como si dentro de la Tierra se proyectara una sombra, se llama «zona de sombra sísmica» (Seismic Shadow Zone).
En pocas palabras, la zona de sombra sísmica es «la región en la que las ondas sísmicas que atraviesan el interior de la Tierra se desvían o se bloquean en el núcleo y no llegan directamente a la superficie». En 1906, el geólogo británico Richard Dixon Oldham analizó registros de terremotos y fue el primero en sostener que en el centro de la Tierra hay un núcleo con propiedades distintas. Después, en 1914, el sismólogo de origen alemán Beno Gutenberg calculó, a partir de la posición de la zona de sombra, que el límite del núcleo se encuentra a unos 2900 km de profundidad.
En este artículo veremos, por orden, los tipos de ondas sísmicas que forman la zona de sombra, las dos zonas de sombra que crean las ondas P y las ondas S, el núcleo externo y el núcleo interno que reveló la zona de sombra y, por último, los usos actuales de la zona de sombra.
El lugar que esquivan las ondas sísmicas: la zona de sombra sísmica
1. Las ondas sísmicas que forman la zona de sombra
Cuando ocurre un terremoto, la energía acumulada bajo tierra se propaga en todas direcciones en forma de ondas. Las que viajan a través del interior de la Tierra se llaman ondas internas, y son precisamente ellas las protagonistas de la zona de sombra.
(1) Ondas P
Las ondas P (Primary wave) son ondas longitudinales en las que el material se comprime y se estira en la misma dirección en que avanza la onda. Son las más rápidas, por lo que llegan primero a las estaciones, y pueden atravesar tanto sólidos como líquidos.
(2) Ondas S
Las ondas S (Secondary wave) son ondas transversales en las que el material oscila en dirección perpendicular al avance. Son más lentas que las ondas P y llegan en segundo lugar, y no pueden atravesar los líquidos, que no resisten la torsión.
(3) Una distancia medida en grados
En sismología, la distancia entre el epicentro y una estación se expresa como el ángulo medido desde el centro de la Tierra, es decir, la distancia angular. El epicentro está a 0°, el punto exactamente opuesto de la Tierra a 180°, y la posición de la zona de sombra también se indica con este ángulo.
2. La zona de sombra de las ondas P y la de las ondas S
Si el interior de la Tierra fuera la misma roca de principio a fin, las ondas sísmicas deberían llegar a cualquier punto de la superficie. Sin embargo, en los registros reales aparecen tramos sin ondas sísmicas, y su forma es distinta para las ondas P y para las ondas S.
- Zona de sombra de las ondas P (P-wave Shadow Zone): franja situada a una distancia angular de unos 103° a 142°, donde las ondas P se desvían fuertemente en el límite del núcleo externo y no llegan de forma directa.
- Zona de sombra de las ondas S (S-wave Shadow Zone): toda la región situada a más de unos 103° de distancia angular; se forma porque el núcleo externo líquido no deja pasar las ondas S.
- Refracción (Refraction): fenómeno por el que una onda cambia de velocidad al cruzar el límite entre materiales con propiedades distintas, de modo que su dirección se desvía.
(1) Por qué se desvían las ondas P
Cuando las ondas P pasan del manto al núcleo externo, su velocidad disminuye bruscamente. Entonces su trayectoria se curva con fuerza hacia dentro, saltan el tramo de 103° a 142° y llegan más allá de 142°.
(2) Por qué desaparecen las ondas S
Las ondas S no pueden atravesar líquidos, así que, al alcanzar el núcleo externo, ya no pueden avanzar. Por eso solo se observan directamente dentro de los 103°, donde pueden llegar recorriendo únicamente el manto sin pasar por el núcleo externo.
(3) La amplia sombra de las ondas S
En consecuencia, en una amplia región del lado opuesto al epicentro no se observan ondas S de forma directa. Esta amplia sombra se convirtió en la prueba más sólida de que el núcleo externo es líquido.
3. El núcleo externo y el núcleo interno que reveló la zona de sombra
Nadie puede excavar hasta el centro de la Tierra. Incluso el agujero más profundo jamás perforado, el pozo superprofundo de Kola, en Rusia, se quedó en unos 12 km. Por eso los científicos han explorado el interior de la Tierra usando como pista las huellas que dejan las ondas sísmicas y, sobre todo, la zona de sombra.
(1) El descubrimiento del núcleo
En 1906, Oldham se fijó en que las ondas sísmicas que pasaban cerca del centro de la Tierra llegaban más tarde de lo previsto. Basándose en ello, sostuvo que en el interior de la Tierra hay un núcleo con propiedades distintas a las del manto.
(2) La profundidad del límite del núcleo
Gutenberg utilizó el ángulo en el que comienza la zona de sombra para calcular que el límite entre el manto y el núcleo se encuentra a unos 2900 km de profundidad. Hoy este límite también se conoce como discontinuidad de Gutenberg.
(3) El descubrimiento del núcleo interno
En 1936, la sismóloga danesa Inge Lehmann se fijó en que, incluso dentro de la zona de sombra de las ondas P, se registraban ondas P débiles. Lo interpretó como el resultado de un núcleo interno sólido, situado dentro del núcleo externo líquido, que volvía a desviar las ondas P.
4. ¿Para qué se usa hoy la zona de sombra?
La zona de sombra no es solo un viejo descubrimiento de los libros de texto. Los registros de ondas sísmicas acumulados por las redes de observación de todo el mundo siguen sirviendo para dibujar el interior de la Tierra con más detalle.
(1) Modelos del interior de la Tierra
Los modelos elaborados a partir de los tiempos de llegada de las ondas sísmicas y de los límites de la zona de sombra resumen en cifras la profundidad y las propiedades de la corteza, el manto, el núcleo externo y el núcleo interno. El Modelo Preliminar de Referencia de la Tierra (PREM), publicado en 1981, es un ejemplo representativo.
(2) Tomografía sísmica
Como en una tomografía computarizada de hospital, al superponer y analizar innumerables trayectorias de ondas sísmicas es posible ver en imágenes tridimensionales las zonas calientes y frías del manto. Esto se llama tomografía sísmica (Seismic Tomography).
(3) La exploración de otros planetas
El módulo InSight de la NASA, la agencia espacial de Estados Unidos, que se posó en Marte en 2018, registró sismos marcianos. Con esos registros, los científicos estimaron el tamaño del núcleo de Marte y llevaron a otro planeta un método que antes se usaba en la Tierra.
Aunque no podamos ver directamente el interior de la Tierra, los lugares a los que no llegan las ondas sísmicas son en sí mismos una información valiosa. La sencilla idea de que incluso donde una onda desaparece hay una razón: ese es el primer paso para entender la zona de sombra sísmica.
