Modeling the Mantle

Understanding the Asthenosphere

Today the students experimented with viscoelastic materials, which are materials that sometimes act like a solid, and sometimes flow like a liquid! First they tested Silly Putty and found they could bounce it and pound on it and it didn’t change shape. They could also break it in half! Definitely the behavior of a solid. But if they pulled on it slowly, or just let it rest, the putty stretched and flowed like a liquid. They found similar properties when they tested a mixture of cornstarch and water (called oobleck); under sudden stress it feels solid, but if you let your fingers rest on the surface, down they sink! We considered both of these materials as models for the earth’s asthenosphere, which is the layer on which the tectonic plates are carried. Over the long geologic time scale, the asthenosphere flows and carries the tectonic plates with it, resulting in the phenomenon of continental drift. But during an earthquake, which happens fast, the asthenosphere acts like a solid. How is this possible? It’s viscoelastic! In our models, we simulated earthquake-like stresses by pounding, bouncing, and snapping the viscoelastic materials. For slow stress over long time scales, we pushed on the materials slowly and steadily, pulled them apart, and let them simply rest under the stress of their own gravitational pull. Ask your student what they thought was the best model of the Earth’s asthenosphere!

Modelando el Manto

Hoy día los estudiantes experimentaron con materiales “visco-elásticos”; que son aquellos que a veces actúan como sólidos y otras veces como líquidos. Primero, examinaron con el material llamado “Silly Putty” (también conocido como boligoma), y observaron que podían hacerlo rebotar y golpearlo sin que éste cambiara de forma. ¡Incluso es posible romperla por la mitad!. Pero, si dejaban la boligoma en reposo o la estiraban lentamente, ésta se comportaba cómo un líquido. También observaron algo similar al experimentar con otro material llamado “oobleck” (mezcla de maicena con agua). Cuando se somete a un stress repentino, como un golpe, se “siente” sólido, pero cuando se posan los dedos suavemente sobre su superficie, ¡se hunden! Ambos materiales (la boligoma y el oobleck) son excelentes modelos para entender la astenosfera, que es una de las capas de la tierra- sobre ella se mueven las placas tectónicas. En la larga escala de tiempo geológica, la astenosfera fluye y mueve consigo las placas tectónicas, lo que resulta en el fenómeno conocido como “deriva continental”. Pero, durante un terremoto, el cual ocurre de manera muy rápida, la astenosfera actúa como un sólido. ¿Cómo es esto posible? Simple, la astenósfera es visco-elástica. Usando nuestros modelos (la boligoma y el oobleck) simulamos terremotos al golpear, rebotar y romper los materiales visco-elásticos. Para simular el estrés lento y en una escala de tiempo más larga, estiramos los materiales lentamente, los separamos, y luego los dejamos reposar bajo la presión de su propia fuerza de gravedad. Pregúntele a su hija o hijo sobre cuál de los materiales examinados es el mejor modelo de la capa de la Tierra astenosfera.

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