Por qué las ondas sísmicas corren de forma espontánea por el interior de la Tierra

A casi 3.000 kilómetros bajo nuestros pies, un misterioso salto en la velocidad de las ondas sísmicas ha desconcertado a la ciencia durante décadas. Un nuevo estudio nos descubre que la alineación de cristales en un mineral exótico podría ser la clave para entender el motor oculto del planeta.

Por Enrique Coperías

Representación del interior de la Tierra con sus capas principales: desde la corteza hasta el núcleo interno, pasando por el manto donde, a unos 2.700 km de profundidad, la orientación de cristales de posperovskita genera el misterioso salto sísmico de la capa D”.

Terremotos, erupciones volcánicas y placas tectónicas en movimiento: todos estos fenómenos son signos de que la Tierra está viva. Pero lo que ocurre a casi 3.000 kilómetros bajo nuestros pies ha sorprendido tanto a geólogos como al público general.

Una nueva investigación liderada por el geofísico Motohiko Murakami, profesor de Física Mineral Experimental en el ETH de Zúrich, ha desentrañado uno de los misterios más antiguos de la ciencia de la Tierra: la naturaleza del límite sísmico conocido como D”.

Los resultados, publicados en la revista Communications Earth & Environment, aportan pruebas experimentales de que el enigmático salto en la velocidad de las ondas sísmicas a esa profundidad no se debe solamente a un cambio de mineral, como se pensaba hasta ahora. La clave está en la forma en que los cristales de un mineral exótico, la posperovskita, se alinean bajo las colosales presiones y temperaturas del manto profundo.

Qué es la capa D” y por qué importa

Durante más de cincuenta años, la comunidad científica ha intentado descifrar qué ocurre en la capa D”, una zona situada justo encima del núcleo externo líquido de la Tierra. En esta región, a unos 2.700 km de profundidad, las ondas sísmicas —especialmente las ondas de corte o S— cambian de velocidad de manera abrupta, como si pasaran de un medio a otro completamente distinto.

La primera gran pista surgió en 2004, cuando el propio Murakami, entonces un joven investigador, descubrió que la perovskita, el principal mineral del manto inferior terrestre, se transforma en otra fase cristalina —la posperovskita— bajo las condiciones extremas que reinan en la D”. Esto ofrecía una explicación lógica al cambio sísmico. En efecto: un nuevo mineral, nuevas propiedades.

Sin embargo, esa teoría no era suficiente. En 2007, el equipo de Murakami demostró que esa transición de fase por sí sola no explicaba el aumento en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas. «Nos dimos cuenta de que faltaba una pieza para completar el rompecabezas», recuerda el científico.

Localización de la capa D en el manto inferior. Sección ampliada: En la capa D, la perovskita cambia a posperovskita. Figura: M. Murakami, editado por E. Loetscher / ETH Zurich

Un descubrimiento básico: la posperovskita y su textura

La respuesta llegó gracias a modelos computacionales avanzados. Las simulaciones mostraban que las propiedades del mineral posperovskita dependen en gran medida de la orientación de sus cristales.

Si estos cristales están desordenados, la propagación de las ondas es limitada. Ahora bien, si todos apuntan en la misma dirección, la dureza del mineral aumenta notablemente… y también lo hace la velocidad a la que viajan las ondas sísmicas.

Esto significaba que el misterioso salto sísmico observado en el límite D” podría deberse a un fenómeno más sutil: la alineación preferente de los cristales, lo que los científicos llaman textura. Pero hacía falta comprobarlo en laboratorio.

La simulación del interior de la Tierra

Para demostrarlo, Murakami y su equipo diseñaron una serie de experimentos de altísima precisión: emplearon celdas de yunque de diamante —dispositivos que utilizan dos diamantes opuestos para comprimir muestras a presiones extremas— para simular presiones de hasta 115 gigapascales —más de un millón de veces la presión atmosférica— y temperaturas superiores a los 2.000 ºC. Y usaron como material de estudio un análogo del silicato de magnesio (MgSiO₃), la MgGeO₃, que se comporta de forma similar pero es más fácil de estudiar.

Compararon dos tipos de muestras:

✅ Una donde la posperovskita se formó a partir de la perovskita, favoreciendo así la textura.

✅ Otra donde se generó directamente desde un material amorfo, produciendo de este modo cristales desordenados.

Luego midieron la velocidad de las ondas acústicas dentro del mineral con la ayuda de dos técnicas: la espectroscopía Brillouin, que mide la velocidad de propagación de ondas acústicas en materiales y permite conocer sus propiedades elásticas a escala microscópica; y la difracción de rayos X sincrotrón, que usa rayos X muy intensos y precisos para revelar la estructura atómica de materiales sometidos a condiciones extremas.

El resultado fue inequívoco. Solo las muestras con cristales alineados mostraron un salto de velocidad de onda comparable al observado en la D”. En palabras de Murakami, «hemos encontrado por fin la última pieza del rompecabezas».

Cristales alineados por el flujo del manto

Pero,¿qué causa que estos cristales se alineen a semejantes profundidades? La respuesta lleva a otra revelación aún más profunda: el manto terrestre —a pesar de estar compuesto por roca sólida— se comporta como un fluido muy viscoso y fluye, lentamente, en la frontera con el núcleo. Esta corriente, parecida a la convección del agua hirviendo, genera fuerzas que orientan los cristales en una dirección preferente.

Hasta ahora, esta idea de flujo de roca sólida era más una suposición que una certeza.

«Nuestro estudio demuestra experimentalmente que ese flujo existe realmente en el manto profundo —afirma Murakami. Y añade: Este descubrimiento no solo resuelve el misterio de la D”, sino que abre una ventana al motor oculto que mueve el interior del planeta».

La perovskita —arriba—, el principal mineral del manto inferior terrestre, se transforma en otra fase cristalina —la posperovskita— bajo las condiciones extremas que reinan en la D”. Cortesía: Kelly Nash 

Una Tierra viva también en las profundidades

El hallazgo marca un antes y un después en la geofísica moderna. «Nuestra investigación confirma que la Tierra no solo está activa en su superficie, sino también en las grandes profundidades de su interior», subraya el profesor del ETH de Zúrich. Esta dinámica interna es la que alimenta los volcanes, impulsa el movimiento de las placas tectónicas e incluso podría estar relacionada con la generación del campo magnético terrestre.

Con esta nueva comprensión, los científicos están ahora en condiciones de comenzar a cartografiar las corrientes internas del manto profundo y entender mejor cómo se transmite el calor desde el núcleo hacia la superficie, cómo se originan los terremotos más profundos o qué zonas están más expuestas a cambios geodinámicos futuros.

El estudio también introduce un nuevo modelo de comportamiento para la D”. Dependiendo del patrón de flujo del manto —ya sea ascendente, descendente o ausente—, se desarrollan diferentes texturas cristalinas en la posperovskita. En zonas sin flujo, los cristales se orientan al azar y no hay salto sísmico detectable. En cambio, en regiones donde hay flujo horizontal o descendente, los cristales se alinean y se produce el salto característico.

Una historia contada por los cristales

Esto explica por qué el límite D” se detecta con mayor claridad en algunas zonas del planeta, como bajo el Pacífico occidental, donde las placas tectónicas subducen activamente, y no en otras como el centro del Pacífico, donde predominan las plumas ascendentes.

Lo que parecía un simple cambio mineral en el subsuelo se revela ahora como un fenómeno de gran complejidad, impulsado por la interacción entre textura cristalina, flujo de materiales sólidos y comportamiento sísmico. El descubrimiento también reconcilia teorías que antes se consideraban excluyentes: tanto la transformación de fase como la deformación tectónica pueden generar la textura adecuada para producir el salto sísmico en la D”.

Y en el corazón de esta historia está la física de los cristales, demostrando una vez más que lo más pequeño puede tener un impacto gigantesco. «Gracias a este hallazgo, podemos empezar a visualizar cómo funciona el motor invisible de la Tierra», concluye Murakami. ▪️

• Información facilitada por la ETH Zurich

• Fuente: Murakami, M., Kobayashi, Si., Hirao, N. et al. The texture of the post-perovskite phase controls the characteristics of the D” seismic discontinuity. Communications Earth & Environment (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-025-02383-1