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| Recorte de la Tierra para ilustrar capas principales. Crédito: Wikimedia Commons, CC BY-SA |
La corteza terrestre es la dura capa exterior de la Tierra. Representa menos del 1% del volumen de la Tierra. Está formada por diferentes tipos de rocas. A mayor profundidad, las piedras empiezan a cantar a tonos cada vez más agudos, si es que puedes oírlas.
Las rocas incluyen grietas, agujeros y fallas que, como cuerdas, suenan cuando se las empuja o somete a tensión. Como ha descubierto un grupo de geólogos del MIT, se puede aprender algo sobre la resistencia y profundidad de las rocas que nos rodean escuchando el patrón y el tempo de estos ruidos.
Los geólogos del MIT escuchan las rocas para ver si surgen patrones acústicos o "huellas dactilares" en diferentes presiones. Según experimentos de laboratorio recientes, las muestras de mármol a baja presión producen "estampidos" de tono grave, pero a alta presión, los guijarros producen una "avalancha" de crujidos de tono más agudo.
El geólogo del MIT Matěj Peč ha declarado: "Estos patrones acústicos en las rocas pueden ayudar a los científicos a estimar los tipos de grietas, fisuras y otros defectos que experimenta la corteza terrestre con la profundidad, que luego pueden utilizar para identificar regiones inestables bajo la superficie, donde existe la posibilidad de que se produzcan terremotos o erupciones."
"Si queremos explotar estas fuentes geotérmicas tan calientes, debemos aprender a perforar rocas en esta condición de modo mixto, en la que no son puramente frágiles sino que también fluyen un poco. Pero, en general, se trata de una ciencia fundamental que puede ayudarnos a comprender dónde es más fuerte la litosfera."
Se sabe que las rocas cercanas a la superficie son frágiles y se fracturan con más facilidad que las situadas a mayor profundidad. Esto sugiere que debe haber un punto intermedio, una fase en la que las rocas pasan de una a otra y pueden tener ambas propiedades, capaces de fracturarse como el granito y fluir como la miel. Los geólogos creen que esta "transición de frágil a dúctil" puede representar la región de la corteza donde las rocas son más fuertes.
Según Peč, "este estado de transición, en parte fluido y en parte fracturado, es fundamental porque creemos que es ahí donde se encuentra el punto álgido de la fuerza de la litosfera y donde se originan los mayores terremotos. Pero no conocemos bien este tipo de comportamiento mixto".
Los científicos estudian cómo varían la resistencia y la estabilidad de las rocas en función de sus defectos microscópicos. Sin embargo, medir los diminutos defectos de las rocas es una tarea difícil. No existe ninguna técnica de imagen visual que permita ver el interior de las rocas y cartografiar sus imperfecciones microscópicas.
Por eso el equipo recurrió a los ultrasonidos. La idea es que cualquier onda sonora que atraviese una roca rebote, vibre y se refleje en las grietas y hendiduras microscópicas de formas específicas que revelen algo sobre el patrón de esos defectos.
Cuando se mueven bajo tensión, cada uno de estos defectos producirá su sonido único; así, sondear activamente a través de la roca y escucharla debería proporcionarles una gran cantidad de información. Descubrieron que el concepto debería funcionar con ondas ultrasónicas de frecuencia de megahercios.
Peč explica: "Este tipo de método ultrasónico es análogo a lo que hacen los sismólogos en la naturaleza, pero a frecuencias mucho más altas. Esto nos ayuda a comprender la física que se produce a escalas microscópicas durante la deformación de estas rocas."
"Es el mismo material del que está hecho el David de Miguel Ángel. Es un material muy bien caracterizado y sabemos exactamente lo que debe hacer".
Cada cilindro de mármol se introdujo en un dispositivo similar a un tornillo de banco creado por pistones de acero, aluminio y circonio, que pueden producir altas tensiones cuando se combinan. Introdujeron la mordaza en una cámara presurizada y luego aplicaron a cada cilindro presiones comparables a las que encuentran las rocas a través de la corteza terrestre.
Los científicos utilizaron pulsos de ultrasonidos para aplastar cada roca progresivamente y, a medida que lo hacían, captaban el patrón auditivo que emergía del fondo de la muestra. Los sensores escuchaban cualquier emisión acústica que se produjera espontáneamente cuando no estaban pulsando.
Descubrieron que el mármol se rompía repentinamente como reacción al extremo inferior del rango de presión, donde las rocas son frágiles, y las ondas sonoras parecían enormes estampidos de baja frecuencia. Las ondas acústicas a las presiones más altas, donde las rocas son más dúctiles, sonaban como un crepitar más agudo. El equipo de investigadores cree que la causa de este crepitar eran unas minúsculas imperfecciones llamadas dislocaciones, que se extendían y fluían como una avalancha.
Peč afirma: "Por primera vez, hemos registrado los "ruidos" que hacen las rocas cuando se deforman a través de esta transición de frágil a dúctil, y vinculamos estos ruidos a los defectos microscópicos individuales que los causan."
"Descubrimos que estos defectos cambian masivamente su tamaño y velocidad de propagación al cruzar esta transición. Es más complicado de lo que se pensaba".
Los científicos pueden predecir cómo se comportaría la corteza terrestre a distintas profundidades utilizando las caracterizaciones del equipo de las rocas y sus defectos a distintas presiones, por ejemplo, cómo podrían fracturarse las rocas en un terremoto o fluir durante una erupción.
Pec: "Cuando las rocas se fracturan en parte y fluyen en parte, ¿cómo se retroalimenta el ciclo sísmico? ¿Y cómo afecta eso al movimiento del magma a través de una red de rocas? Son preguntas a gran escala que pueden abordarse con investigaciones como ésta".
Fuentes, créditos y referencias: