La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

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Platino extraterrestre, mezclado, no agitado

Publicado por Carlos en agosto 4, 2009

Cuando intentamos visualizar el remoto pasado de la Tierra y su intensa actividad geológica solemos acudir a una imagen mental de paisajes volcánicos, con grandes erupciones, lluvias de ceniza, lagos de lava, etc. Naturalmente esta imagen la construimos a partir de nuestra experiencia en las erupciones de hoy en día, por ejemplo las de los volcanes hawaianos cuya lava es sumamente fluida. Sin embargo, esta imagen no hace justicia a las características aún más extremas que la lava exhibía durante el Arcaico.

Flujo de lava del Puʻu ʻŌʻō, en el Kilauea (hawai). Credit: United States Geological Survey

Flujo de lava del Puʻu ʻŌʻō, en el Kilauea (Hawai). Credit: United States Geological Survey

Se estima que el manto terrestre tenía en el Arcaico (hace de 3.8 a 2.5 Ga; 1 Ga = 109 años) una temperatura superior a la actual en unos 500ºC debido al calor residual de la acreción terrestre y de la mayor abundancia de elementos radiactivos. Estas condiciones resultaban en la formación de magmas diferentes al basáltico común. Rocas ígneas como la komatita -cuyo punto de fusión supera los 1600ºC, frente a los aproximadamente 1200ºC de las lavas basálticas- daban lugar a extraordinarias inundaciones de lava. Y es que la komatita fundida se comporta como un fluido supercrítico (denso como la roca, viscoso como un gas, sin apenas tensión superficial): se desplazaría por la superficie sin apenas resistencia, pudiendo formar hilos fluidos de sólo 1 cm de tamaño.

Kilauea eruption

Credit: United States Geological Survey

Dado el cambio de las condiciones del manto, estas rocas son hoy en día muy extrañas y sólo se  encuentran en coladas de lava del periodo Arcaico. Su estudio es pues importante en tanto que pueden arrojar información de gran interés en relación a la composición y actividad del manto en aquella época. Más aún, hay un interés económico, ya que estas rocas se asocian con depósitos de oro y níquel. Precisamente un proyecto de investigación industrial relativo a los depósitos de níquel ha dado lugar de resultas del análisis de las komatitas a un importante descubrimiento en relación a la dinámica del manto. Este proyecto se basa en el estudio del platino como guía para localizar al níquel. Para ello han analizado komatitas para analizar su contenido en platino, y ahí es donde ha llegado el hallazgo.

Micrografía de una komatita. Las placas paralelas que se aprecian dan lugar a lo que se conoce como "textura spinifex". Credit: CSIRO, Australia

Micrografía de una komatita. Las placas paralelas que se aprecian dan lugar a lo que se conoce como "textura spinifex". Credit: CSIRO, Australia

El análisis de komatitas del Paleoarcaico (hace de 3.6 a 3.2 Ga) indica que su contenido en platino es muy pobre, debido a éste se precipito al núcleo terrestre durante su formación. Sin embargo, el análisis de komatitas del Neoarcaico (concretamente de hace 2.7-2.9 Ga) y del Paleoproterozoico (2.0-2.5 Ga en este caso) indica un incremento gradual en el contenido de platino. ¿Y de dónde proviene dicho platino? Del material meteorítico que llegó a la Tierra durante el último bombardeo intenso, hace 3.8 a 4.1 Ga (esto es, durante el Hadeico). Este material formó una lámina superficial que luego sería arrastrada y mezclada con el manto debido a procesos de convección a gran escala durante 1 500 millones de años.

Estas conclusiones has sido presentadas por Wolfgang D. Maier y 6 colaboradores -de la University of Western Australia y otras 7 instituciones- en un trabajo titulado

recién aparecido en Nature. Los autores citan la determinación de la escala temporal del proceso como una de las principales contribuciones del trabajo, y apuntan a su utilidad para una mejor comprensión de los procesos del manto.

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La caldera de Yellowstone se eleva a un ritmo sin precedentes

Publicado por Carlos en noviembre 12, 2007

La caldera de Yellowstone se asienta sobre uno de los puntos calientes más conocidos del planeta. Estos puntos calientes se producen cuando un penacho de magma a alta temperatura del manto asciende hasta la corteza terrestre, que funde dando eventualmente lugar a fenómenos volcánicos si llega hasta la superficie. En el caso concreto de Yellowstone, el penacho lo podemos visualizar como un embudo de unos 600 km de profundidad, estrecho en su base en el manto, y que se expande a una anchura de unos 500 km en su parte superior, situada a unos 50 km de profundidad. Ocasionalmente el magma de este penacho alcanza la gran cámara magmática situada a unos 8 km bajo Yellowstone, que podemos imaginar como una especie de gigantesca esponja en cuyos intersticios se acumula la roca fundida (véase la imagen inferior). Normalmente este magma se va enfriando y solidificando, liberando agua y otros gases a gran temperatura. Este proceso da lugar a toda la actividad hidrotermal que se observa en la superficie, y es responsable de que el fondo de la caldera se eleve debido a la presión en su interior.

Magma chamber under Yellostone
Credit: Chang et al., Science

Los geólogos llevan observado y midiendo el movimiento de la base de la caldera desde 1923, periodo durante el que se han producido elevaciones y descensos suaves. Aunque el proceso es complejo, ya que a veces suben unas zonas de la caldera y bajan otras, en promedio se ha observado un crecimiento de 1-2cm anuales de 1923 a 2004. Sin embargo, desde verano de 2004 la caldera está subiendo a un ritmo de 7cm por año, esto es, aproximadamente el triple de lo habitual. Esto es de lo que Wu-Lu Chang y colaboradores, de la Universidad de Utah y del U.S. Geological Survey, informan en un trabajo titulado

publicado esta semana en Science. Los datos han sido obtenidos a través de mediciones con GPS e InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar), y los autores los interpretan -de acuerdo con simulaciones informáticas- a la luz de un incremento del volumen de magma de 0.1 km3 al año. La roca fundida se acumula en la parte superior de la cámara magmática, ocupando una superficie de 1200 km2. Redistribuciones del fluido en la cámara explicarían porqué ciertas zonas de la caldera bajaron de nivel, así como que la actividad sísmica se concentrara en la zona norte de la misma.

A pesar de esta elevación sin precedentes de la caldera de Yellowstone, nada presagia que vaya a haber una gran erupción en ciernes. De hecho el número de temblores sísmicos se ha reducido a la mitad en este último periodo. Hay que recordar en cualquier caso que las grandes mega-erupciones en Yellowstone se produjeron hace 2 millones de años, 1.2 millones de años y 630,000 años, por lo que estamos ahora muy cerca del tiempo medio entre erupciones. Un evento de este tipo alcanzaría muy probablemente la categoría 8 en el índice de explosividad volcánica, al igual que en anteriores ocasiones. Si la explosión del Monte Tambora en 1815 alcanzó la categoría 7, y dio lugar a lo que se llamó el “Año sin Verano”, es fácil imaginarse lo que una erupción de al menos un orden de magnitud superior podría acarrear, aunque quizás sea mejor no pensar demasiado en ello.

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El vulcanismo de Ío, visto por la New Horizons

Publicado por Carlos en octubre 12, 2007

Io surface (true color)Ío -el tercer satélite más grande Júpiter, y el más cercano al planeta- es bien conocido por su gran actividad geológica. La cercanía a Júpiter y su resonancia orbital con Europa y Ganímedes someten a Ío a grandes fuerzas de marea gravitatorias que calientan su interior. La energía generada por esta fricción se libera a través de un intenso vulcanismo. Hay de hecho centenares de volcanes identificados en su superficie. Estos volcanes tienen un efecto decisivo sobre la morfología del satélite. Por un lado son la fuente principal de la exigua (la presión atmósférica es de 10-9 atm) atmósfera de Ío, compuesta fundamentalmente de dióxido de azufre, y contribuyen a que el satélite esté cubierto de la escarcha sulfurosa que le da su coloración característica. Por otra parte, hacen que su superficie sea un lugar cambiante, en el que aparecen continuamente penachos, lagos de lava, o acumulaciones de depósitos volcánicos. Gracias al reciente paso de la New Horizons por el sistema joviano en febrero de 2007 se han podido tomar imágenes espectaculares de Ío (incluyendo la impresionante erupción del volcán Tvashtar, un vídeo de la cual puede verse aquí), y se han podido comparar con las que tomó la sonda Galileo en 2001. La figura inferior identifica algunos de los nuevos accidentes geográficos detectados en su superficie.

Io surface
Credit: New Horizons mission, John Spencer et al., Science Magazine

La imagen anterior aparece en un artículo de John Spencer y colaboradores, de 11 instituciones diferentes, titulado

que aparece en el número de hoy de Science (por cierto, un número especial dedicado a los hallazgos de la New Horizons). En dicha imagen se aprecian detalles con una resolución de 12 km, y se pueden ver numerosos cambios en relación a las fotografías de Ío de las que se disponía con anterioridad. Por ejemplo, los óvalos amarillos representan penachos volcánicos nuevos, difuminados, o desplazados, y los círculos verdes indican los lugares donde se han producido nuevos flujos de lava. Los rombos celestes y los hexágonos naranjas indican por su parte la localización de penachos y puntos calientes volcánicos respectivamente. Hay que destacar que el análisis de la radiación infrarroja de Ío revela que la lava está a temperaturas que oscilan entre los 1150 K y los 1335 K.

Como nota al margen, en unas condiciones geológicas como las anteriores podemos encontrar en la Tierra diferentes microorganismos hipertermófilos, adaptados a la energía geotermal y al ambiente rico en azufre. Sin embargo, Ío está sujeta a una una intensa radiación proveniente de Júpiter y a condiciones extremas de temperatura, por lo que aunque no descartable, la posibilidad de vida en el satélite es ciertamente improbable.

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Los volcanes superficiales hicieron posible el surgimiento de oxígeno atmosférico hace 2,500 millones de años

Publicado por Carlos en septiembre 5, 2007

Hace unos 3,000 millones de años la Tierra era un lugar bien diferente a la actualidad. Se trataba de un mundo geológicamente muy activo, con una gran convección en el manto que provocaba fuerte vulcanismo y una poderosa tectónica de placas que a la postre impedía la formación de grandes masas continentales. La atmósfera de aquella Tierra primitiva estaba compuesta fundamentalmente por dióxido de carbono, nitrógeno, y posiblemente hasta un 40% de hidrógeno. El oxígeno era virtualmente inexistente, con concentraciones que debían ser inferiores a 10-5 veces la actual, según indica el registro sedimentario, y el hecho de aunque las temperaturas medias eran similares a las de hoy en día, el Sol tuviera 1/3 del brillo actual indica un poderoso efecto invernadero provocado por el dióxido de carbono y el metano.

Todo cambió hace unos 2,500 millones de años, en la transición entre el Arcaico y el Proterozoico, cuando la atmósfera anóxica tocó a su fin, y el oxígeno empezó a ser abundante como hoy en día. Una de las explicaciones más comunes a este hecho es la proliferación de cianobacterias, cuyo metabolismo produce cantidades abundantes de oxígeno. Sin embargo, se tiene constancia de la existencia de estas bacterias con bastante anterioridad al establecimiento de la atmósfera oxigenada, lo que sugiere que aunque su rol liberador de oxígeno pueda ser importante, debe haber algún motivo adicional por el que los sumideros de oxígeno fueran mayores antes de la citada transición. Una propuesta al respecto es la presentada por Lee. R. Kump -de la Pennsylvania state University- y Mark E. Barley -de la University of Western Australia- en un trabajo titulado

publicado en Nature. La propuesta de Kump y Barley se basa en la observación de que hace entre 2.7 y 2.5 Gyr (1 Gyr = 109 años) se estabilizaron la mayor parte de los cratones arcaicos, como el cratón de Kaapval y el de Pilbara, y surgieron las primeras masas continentales elevadas. Esto dio lugar a un incremento del vulcanismo superficial (en oposición al vulcanismo submarino predominante durante el Arcaico), y tuvo una gran influencia en el poder reductor de los gases volcánicos liberados. Mientras que en un volcán superficial los gases se han formado a elevadas temperaturas y bajas presiones, con predominio de H2O, CO2 y SO2, en un volcán submarino los gases se forman a más baja temperatura y mayor presión, siendo ricos en H2, CO, CH4 y H2S, y resultando mucho más reductores. Usando un cierto índice en el que el valor 1 indica que se produce empobrecimiento atmosférico de oxígeno, Kump y Barley establecen que el vulcanismo superficial resulta en un valor de 0.48±0.14, y la combinación actual de vulcanismo superficial y submarino es del orden de 0.69 (como cabría esperar dada la abundante presencia de oxígeno hoy en día). El vulcanismo submarino predominante en el Arcaico tenía sin embargo un índice reductor de 1.5, más que suficiente para acabar con el oxígeno libre.

La hipótesis es sumamente interesante, y en principio cabe suponer que la única explicación alternativa debería ser un enorme crecimiento de la población de cianobacterias ligado por algún motivo a los eventos tectónicos de hace 2.5 Gyr, lo que por el momento carece de justificación. Resulta entonces que los volcanes, típicamente considerados portadores de destrucción de la vida, pueden ser quizás los grandes responsables de que la vida sea en la Tierra tal como la conocemos.

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El Año sin Verano: volcanes y guerra nuclear local

Publicado por Carlos en diciembre 11, 2006

Cuando hablamos de volcanes es posible que lo primero que se nos venga a la cabeza sea el Vesubio sepultando Pompeya, el Snæfell a través del cual Julio Verne comenzaba el “Viaje al Centro de la Tierra”, o el Krakatoa y su formidable explosión de 1883. Esta última fue realmente colosal, ya que tuvo una potencia equivalente a 100 megatones (5,000 veces la bomba de Hiroshima), y generó el que se considera el sonido más fuerte jamás registrado (180 dBSPL a 100 millas; como referencia, el umbral del dolor se sitúa en 134 dBSPL), audible a 6,000 km de distancia. Como resultado de la explosión, se lanzaron al aire unos 25 km3 de roca que oscurecieron el sol de tal manera que durante el año posterior la temperatura media bajó en 1.2ºC, y el clima no se estabilizó hasta cinco años después.

Índice de Explosividad Volcánica

Con todo y con eso, la explosión volcánica del Krakatoa “sólo” alcanzó la categoría 6 en el índice de explosividad volcánica (IEV), que llega hasta el 10. Hay un evento también reciente en términos históricos cuya potencia fue muy superior: la explosión del Monte Tambora en 1815. De acuerdo con las crónicas, en el momento de la explosión la montaña se convirtió en una masa fluida de fuego líquido, cuyo estallido tuvo una potencia 4 veces superior a la del Krakatoa, alcanzando la categoría 7 en el IEV. Unos 100 km3 de roca fueron lanzados al aire en una columna que alcanzó los 43 km de altura (la estratosfera), y cuyos restos más finos permanecieron en la atmósfera a una altura de 10-30 km durante años. Precisamente, son los efectos a largo plazo los que hicieron esta explosión memorable.

El año siguiente a la explosión -1816- se conoce como el “Año sin Verano“, o el “Año de la Pobreza”. En las tierras del Noreste americano la escarcha acabó con las cosechas en pleno mes de mayo, y hubo tormentas de nieve en Cánada y Nueva Inglaterra durante el mes de junio. En Europa las cosas no fueron diferentes: enormes tormentas, inundaciones fluviales, escarcha en agosto, y fenómenos tan sorprendentes como nevadas marrones en Hungría, o nevadas rojas en Italia. Los efectos socioculturales fueron también impresionantes: hubo hambrunas y revueltas en Europa, y en los EE.UU. se impulsó la emigración hacia el Oeste en busca de tierras fértiles. Se cuenta también que fue durante este año sin verano que Mary Shelley y John W. Polidori escribieron “Frankestein, o el moderno Prometeo“, y “El Vampiro” respectivamente, o que Karl Drais inventó el velocípedo (buscando un medio de transporte alternativo a los coches de caballos, debido a la escasez de piensos).

Explosión atómica de NagasakiSi todo lo anterior parece cataclísmico, no es difícil imaginar los resultados de una guerra nuclear. Quizás más sorprendentes (sólo en principio, pero no a la vista de lo comentado anteriormente sobre volcanes) sean las consecuencias de una guerra nuclear regional. A. Robock, de la Universidad de Rutgers, y colaboradores (de la propia Universidad de Rutgers, de la Universidad de Colorado, y de la Universidad de California; uno de estos colaboradores es R. Turco, miembro del equipo que definió el concepto de invierno nuclear) han analizado las consecuencias climáticas de un conflicto de estas características en un artículo titulado

y publicado en la revista Atmospheric Chemistry and Physics Discussions. Una guerra entre potencias del Tercer Mundo con bombas tan “pequeñas” como las de Hiroshima, causaría efectos devastadores en el clima a nivel global (por no hablar de las víctimas mortales directas, que podrían rondar fácilmente los 10 millones de personas). Las temperaturas bajarían globalmente varios grados, se destruirían totalmente infinidad de cosechas durante varios años, y se dañaría gravemente la capa de ozono. Las víctimas indirectas en otras partes del mundo (especialmente las más pobres) sobrepasarían con creces a las víctimas directas. Conclusiones hay muchas, pero una especialmente siniestra: hay ciertas líneas rojas que una vez sobrepasadas acarrearían consecuencias que dejarían pequeña a la más atroz de las guerras convencionales. Si se analizan las implicaciones en un escenario de garantizar el mal menor, uno no puede menos que estremecerse.

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