Se llama geoide gravitatorio a la forma de la superficie terrestre determinada por el campo gravitatorio de la Tierra, sin tener en cuenta la orografía de los continentes y de los océanos. El geoide no es un elipsoide, pues presenta una «orografía gravitatoria» con elevaciones y depresiones, que depende de la densidad del manto y de su temperatura. El rasgo más llamativo del geoide es su mínimo global, una depresión de casi 110 metros equivalentes en el Océano Índico. Se han propuesto muchas hipótesis para explicar su origen. Se publica una nueva en Geophysical Research Letters, basada en modelos computacionales de la evolución en los últimos 140 millones de años del manto bajo la corteza; una explicación fascinante basada en 7 de los 29 modelos estudiados, los que mejor se ajustan a las estimaciones sismológicas actuales. Dicha explicación, por razonable que nos parezca, debe ser tomada como una hipótesis más; se necesitan nuevos estudios para dar por concluida esta cuestión. Por cierto, me ha llamado la atención que algunos medios hablen de un «agujero gigante» en el Índico como si fuera orográfico.

Los modelos computacionales nos ofrecen una sorprendente explicación de la anomalía gravitatoria bajo el Océano Índico. El océano de Tetis (que estaba entre los continentes de Gondwana y Laurasia hace 140 millones de años) se cerró y su lecho se hundió (subducción) mientras la actual India se movió desde el sur hasta el norte del Tetis (donde colisionó con la actual Asia para formar la cordillera del Himalaya) y se formó el océano Índico. Como la litosfera terrestre es menos densa y más fría que el manto, estos restos de litosfera oceánica de baja densidad todavía persistirían en el manto terrestre bajo el Índico; ya estarían en la parte más profunda del manto (el límite núcleo-manto, CMB) adonde han llegado tras más de 100 millones de años. La sorpresa es que, como reacción al enfriamiento debido a estos restos, aparecerían plumas calientes desde el CMB hasta el manto superior, que ahora se encontrarían bajo África Central. La combinación de estas plumas calientes y las regiones frías por la subducción serían responsables de la reducción de la densidad bajo el océano Índico que se observa como una anomalía gravitatoria en la actualidad. Más aún, dicha anomalía sería muy reciente, tendría unos 20 millones de años y, según los modelos, tendrá una duración muy breve, quizás solo unos pocos millones de años.

Un buen ejemplo del uso de la geofísica computacional para predecir el pasado ajustando los modelos al presente. Pero debemos ser cautos con las conclusiones de este tipo de modelos convectivos del manto; son modelos tridimensionales, pero muy simplificados, que dependen de condiciones iniciales y de contorno, y de muchos parámetros físicos que ignoramos (para los que se usa una estimación razonable). El artículo es Debanjan Pal, Attreyee Ghosh, «How the Indian Ocean Geoid Low Was Formed,» Geophysical Research Letters 50: e2022GL102694 (16 May 2023), doi: https://doi.org/10.1029/2022GL102694. Más información divulgativa en Tom Metcalfe, «Giant ‘Gravity Hole’ in the Ocean May Be the Ghost of an Ancient Sea,» Scientific American 26 Jun 2023. La figura que abre esta pieza es de Aleš Bezděk, Josef Sebera, «Matlab script for 3D visualizing geodata on a rotating globe,»Computers & Geosciences 56: 127-130 (05 May 2023), doi: https://doi.org/10.1016/j.cageo.2013.03.007.

Se ha usado el código CitcomS para la simulación de la convección del manto, que resuelve las ecuaciones de conservación de energía, momento y masa en una capa esférica tridimensional. Por supuesto, el código implica gran número de simplificaciones, por ejemplo, supone que el manto es un fluido incompresible con un número de Prandtl infinito. Además, la resolución espaciotemporal del código es grosera, aunque se ha ejecutado en el supercomputador indio Param Pravega (que no está en el Top 500 de Junio de 2023, pero que según algunas fuentes sería más potente que Param Siddhi, que está en el puesto 131: por comparar, MareNostrum está en el puesto 98). Pero lo que me gustaría destacar es que el depende mucho de las condiciones iniciales y de contorno, que a su vez dependen de la evolución estimada de las placas tectónicas. También depende de las ecuaciones constitutivas usadas para el manto; estas incluyen seis parámetros que afectan a la formación de plumas (clave en la nueva hipótesis), entre los que destacan la flotabilidad (buyoancy ratio) y la dependencia de la viscosidad con la temperatura y el radio (se describe el manto con cuatro capas diferenciadas). Se han tomado diferentes valores para estos parámetros en los 19 modelos diferentes considerados; pero, como es obvio, una exploración exhaustiva de este gran espacio de parámetros habría requerido miles de modelos. Solo 7 de los 19 modelos reproducen el mínimo IOGL observado (con una correlación superior a 0.75); entre ellos se ha elegido el que ofrece una mayor correlación (0.80) para extraer conclusiones (que según los autores son bastante robustas al compararlas con los otros seis modelos).

Los mapas de la temperatura del manto muestran plumas calientes (regiones rojas y marrones) y regiones frías (regiones azules y celestes). Me ha resultado curioso que en las escalas de temperatura no se indiquen las unidades (se usa el intervalo adimensional entre 0.4 y 0.6) y que en el artículo no se aclara de forma explícita dicha adimensionalización. Sin embargo, como se indica que se asume una temperatura media del manto 1000 °C, de 0 °C en la corteza y de 2000 °C en límite núcleo-manto, creo que podemos inferior que la temperatura adimensional debe ser multiplicada por 2000 °C; así las plumas calientes que alcanzan 0.6 tendrían una temperatura de unos 1200 °C. Sin embargo, tengo algunas dudas al respecto, pues en el artículo se menciona que las plumas calientes alcanzan temperaturas entre 1400 °C y 1500 °C que corresponderían a valores adimensionales entre 0.7 y 0.75. Este tipo de cosas pasan cuando un físico computacional lee artículos de geofísica computacional; ciertos detalles se omiten porque se supone que todo el mundo los conoce, lo que no siempre es cierto.

En resumen, me parece muy curioso que la explicación a lo que ocurre en el manto bajo el océano Índico requiere tener en cuenta fenómenos que se observan en el manto bajo África Central. Y más curioso aún que se recurra a trozos (o placas, de slabs en inglés) de la litosfera del extinto océano de Tetis que se hunden en el manto hasta el límite núcleo-manto. Como explicación me parece fascinante. Lo que no sé es lo que opinarán los geofísicos expertos en este tema sobre esta nueva hipótesis.