Francis en ¡Eureka!: La rotación del núcleo de la Tierra

Mi nuevo podcast para La Rosa de los Vientos ya está disponible. Como siempre una transcripción libre.

En la película “El núcleo” de 2003 el núcleo de la Tierra deja de rotar y el campo magnético terrestre desaparece. ¿Cuál es el origen del campo magnético de la Tierra? La estructura interna de la tierra está formada tres capas: la corteza, el manto y el núcleo, a su vez dividido en dos partes, el núcleo externo que es líquido y el núcleo interno sólido. El núcleo de la Tierra (conocido como NiFe) está compuesto por hierro, con 5-10% de níquel y trazas de otros elementos más ligeros. El núcleo interno sólido tiene un tamaño similar a la Luna y el núcleo externo Tiene un radio mayor que el planeta Marte. El campo magnético de la Tierra está generado por los movimientos convectivos del fluido del núcleo externo como el movimiento del agua caliente en una cacerola. Su velocidad promedio es de un milímetro por segundo y cuando el fluido corta las líneas de campo magnético genera un voltaje que refuerza el campo magnético original. Las diferentes zonas convectivas rotan en sentidos diferentes (horario y antihorario) produciendo campos magnéticos en direcciones opuestas. La dirección total del campo magnético terrestre es el sentido “dominante”. Como es muy proceso dinámico muy complicado, periódicamente las zonas “no dominantes” ganan a las “dominantes” y el campo magnético se invierte. La inversión de la polos del campo magnético terrestre “más reciente” ocurrió hace unos 780 mil años hacia el estado que ahora llamamos “normal”.

El artículo técnico es Philip W. Livermore, Rainer Hollerbach, and Andrew Jackson, «Electromagnetically driven westward drift and inner-core superrotation in Earth’s core,» PNAS, AOP Sep 16, 2013. Más información divulgativa en español en «El núcleo interno terrestre gira hacia el este y el externo hacia el oeste,» Europa Press, 17 Sep. 2013.

El mapa gravimétrico de la Luna obtenido por GRAIL

La misión GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) de la NASA son dos satélites gemelos que orbitan la Luna estudiando las variaciones de su campo gravitatorio con una precisión sin precedentes. La técnica usada por GRAIL es una copia de la usada por la misión GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), aún en órbita a la Tierra, pero gracias a la ausencia de atmósfera en la Luna se utiliza una órbita a una altitud muy baja, solo 55 km, logrando una resolución de solo 13 km (por cierto, este verano se redujo la altura a solo 22 km para mejorar la resolución, ahora están a unos 11 km y esta navidades acabarán sus días impactando en la superficie). Gracias al mapa del campo gravitatorio se logra explorar el interior de la Luna desde la corteza hasta el manto, revelando interesantes detalles de su historia pasada. La geofísica que dirige la misión, Maria T. Zuber (Massachusetts Institute of Technology, MIT, Cambridge) y su equipo han encontrado una serie de fracturas de unos cientos de kilómetros de largo (ocultas por la superficie y que no son el resultado de impactos); estas fracturas apoyan la hipótesis de que la Luna se formó tras un gran impacto de un planeta contra la Tierra. Nos lo cuenta Richard A. Kerr, «Peering Inside the Moon to Read Its Earliest History,» Science 338: 1272, 7 Dec 2012, haciéndose eco de los artículos técnicos de Maria T. Zuber et al., «Gravity Field of the Moon from the Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) Mission,» Science Express, AOP 5 Dec 2012; Mark A. Wieczorek et al., «The Crust of the Moon as Seen by GRAIL,» Science Express, AOP 5 Dec 2012; y Jeffrey C. Andrews-Hanna et al., «Ancient Igneous Intrusions and Early Expansion of the Moon Revealed by GRAIL Gravity Gradiometry,» Science Express, AOP 5 Dec 2012.

La termocronometría indica que el Gran Cañón del Colorado fue excavado hace unos 70 millones de años

Cómo y cuándo se formó el Gran Cañón del Colorado ha sido objeto de controversia desde hace más de 150 años. La mayoría de los geólogos creía que se formó hace entre 5 y 6 millones de años. Se publica en Science un nuevo estudio que apunta a que el Gran Cañón ya fue exacavado hace unos 70 millones de años, con una profundidad de unos pocos cientos de metros. La nueva medida se ha obtenido por termocronometría utilizando granos de un mineral llamado apatita (Ca5(PO4)3F). Se han utilizado dos variantes de esta técnica basadas en isótopos de helio, ⁴He/³He, y de uranio-torio, (U-Th)/He, conduciendo ambas a un resultado similar. La termocronometría permite determinar cuándo el mineral sufrió un enfriamiento observando el contenido de isótopos en sus cristales. El nuevo artículo técnico es R. M. Flowers, K. A. Farley, «Apatite 4He/3He and (U-Th)/He Evidence for an Ancient Grand Canyon,» Science Express, Nov. 19, 2012 [DOI]. Los interesados en conocer más detalles sobre la termocronometría disfrutarán con David L. Shuster, Kenneth A. Farley, «4He/3He thermochronometry,» Earth and Planetary Science Letters 217: 1-17, 2003 [copia pdf gratis].

Las últimas noticias sobre cambio climático en Nature Geoscience

¿Influye la dinámica solar en el cambio climático? Dos estudios paleoclimáticos publicados en Nature Geoscience indican que durante el Holoceno tardío las tormentas en el Atlántico Norte y el deslizamiento de las placas de hielo variaban con un ciclo de unos 1500 años, independiente de las características del forzamiento solar. El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero, pero ¿cómo afecta a la termosfera? Por sorprendente que parezca, las medidas mediante satélites indican que el dióxido de carbono está enfriando la parte superior de la atmósfera, la termosfera. Tres artículos curiosos en Nature Geoscience que merece la pena reseñar.

Francis en ¡Eureka!: La sequía que puso fin a la civilización maya registrada en una estalagmita en Belice

«El fin de la civilización maya,» en la sección ¡Eureka! de La Rosa de los Vientos, Onda Cero. Si te apetece oír el podcast, sigue este enlace.

La cultura maya volverá a estar de moda el próximo mes porque se supone que se acerca el final de un ciclo del calendario Maya, el día 13.0.0.0.0 del calendario maya se asocia al 21 de diciembre de 2012, sin embargo, un cálculo más riguroso apunta a una fecha posterior. La fecha del 21 de diciembre se obtuvo a principios del siglo XX en el marco de la llamada cronología estándar GMT, por sus autores Goodman (1905),  Martínez (1926) y Thompson (1927), que analizaron un códice maya, el Códice de Dresde; los códices mayas son libros escritos con caracteres jeroglíficos antes de la llegada de Colón a América. El códice de Dresde (llamado así porque está guardado en esta ciudad alemana) explica el calendario maya e incluye un calendario de las conjunciones del planeta Venus. El análisis estadístico de las fechas de estas conjunciones permite ajustar el calendario maya al calendario actual. El análisis estadístico realizado a mano de este calendario dio como fecha final del primer ciclo el 21 de diciembre de 2012. Pero estudios arqueoastronómicos más modernos, realizados a finales del siglo XX utilizando ordenadores, como los realizados Andreas Fuls y Bryan Wells, apuntan a que la fecha del calendario maya 13.0.0.0.0 corresponde a una fecha aún lejana, entre el 21 y el 23 de diciembre del año 2220. Más información en este blog en «Cómo se calcula que el 21-12-2012 corresponde al día 13.0.0.0.0 del calendario Maya,» 3 nov. 2009.

Los libros de historia afirman que la civilización Maya tuvo su esplendor entre el año 300 y el 900 de nuestra era, pero que sufrió un declive muy rápido, hasta casi desaparecer mucho antes de la llegada de Colón. ¿Qué pudo pasar? Los historiadores no se ponen de acuerdo sobre las razones por las que una civilización tan avanzada como la Maya, que se desarrolló en las selvas tropicales de centroamérica, Guatemala, Belice, Mexico y Honduras entre los siglos IV a X de nuestra era, acabó desapareciendo mucho antes de la llegada de Colón. Algunos creen que la causa fue la superpoblación y la degradación de su sistema agrícola. Otros apuntan a guerras por el poder político. Pero la opinión más firme es que ocurrió un cambio en el clima, una gran sequía en la región que pudo jugar un papel determinante.

El cambio climático, la capa de hielo de Groenlandia y su efecto sobre el nivel del mar

Este verano mucha gente se alarmó con la noticia, el 12 de julio de 2012, el 98,6 % de la superficie helada de Groenlandia estaba cubierta por una finísima capa de agua según los datos de 3 satélites. Un hecho tan excepcional que la última vez que ocurrió fue en 1889 y la siguiente anterior hace 7 siglos en el periodo caliente medieval (óptimo climático medieval). La razón era una masa de aire caliente que se había situado encima de Groenlandia. Pocos días más tarde la situación se normalizó. Todos los veranos ocurre este deshelio superficial, pero lo habitual es que no se supere el 50% de la superficie. Sin embargo, en los últimos años se batieron récords consecutivos en 2005, 2007, 2010 y 2012.

Groenlandia es muy grande y aunque la capa de agua es muy fina, podemos preguntarnos qué pasa con todo ese agua. Un estudio in situ publicado en Nature nos ofrece la respuesta. La mayor parte se infiltra en la capa de hielo a través de los poros del hielo y se vuelve a congelar. A partir de las medidas, los autores del estudio estiman que se puede infiltrar una cantidad máxima de unos 322  ±  44  gigatoneladas. El exceso de agua viaja por la superficie del hielo, alcanzando grandes distancias, influyendo a su paso en el flujo local de hielo; la parte más cercana a la costa puede incluso llegar a caer al mar, contribuyendo a la elevación de su nivel. Lo más interesante del estudio es que los poros del hielo se rellenan más rápido de lo que se deshiela la superficie, luego a largo plazo, el deshielo de Groenlandia acabará teniendo un efecto importante sobre el nivel del mar. El artículo técnico es J. Harper, N. Humphrey, W. T. Pfeffer, J. Brown, X. Fettweis, «Greenland ice-sheet contribution to sea-level rise buffered by meltwater storage in firn,» Nature 491: 240–243, 08 November 2012. El artículo que fue noticia este verano es S. V. Nghiem, D. K. Hall, T. L. Mote, M. Tedesco, M. R. Albert, K. Keegan, C. A. Shuman, N. E. DiGirolamo, and G. Neumann, «The extreme melt across the Greenland ice sheet in 2012,» Geophys. Res. Lett. 39: L20502, 2012.

La chorrada de la semana: Un estudio «geológico» determina el día que crucificaron a Jesús

El Evangelio de Mateo, capítulo 27, afirma que día de la crucificción «la tierra tembló y las rocas se partieron.» Si ocurrió un terremoto en el Monte Calvario, un estudio geológico debería ser capaz de predecir el día en que crucificaron a Jesús. Un estudio «geológico» ha concretado que fue el viernes, 3 de abril del año 33 d. C. Obviamente, se trata de una chorrada: la geología no tiene precisión suficiente para fechar con un error de medio día un terremoto ocurrido hace casi 2000 años. De hecho, en el resumen del artículo podemos leer que se ha datado el supuesto terremoto el año 31 ±5 d.C. ¿Cómo es posible entonces que hayan reducido el error de 5 años a solo medio día? Muy fácil, han utilizado los evangelios como fuente documental para fijar la fecha. Pero entonces, ¿para qué han hecho el estudio geológico? Sin usar los evangelios lo único que afirma el estudio es que hubo un terremoto entre los años 26 y 36 d.C. Me enteré de esta chorrada gracias a Javier Armentia, colaborador de Amazings, que a su vez se enteró por Twitter de la noticia de Eddie Wrenn, «Jesus died on Friday, April 3, 33AD, according to an investigation which matches his death to an earthquake,» Daily Mail, 25 May 2012. El artículo «científico» es Jefferson B. Williams, Markus J. Schwab & A. Brauer, «An early first-century earthquake in the Dead Sea,» International Geology Review 54: 1219-1228, 21 May 2012. Esta revista tiene un factor de impacto de 1,288, lo que la coloca en el segundo cuartil en el área de Geología del JCR de Thomson Reuters. ¿Cómo es posible que una revista impactada como International Geology Review publique un estudio bíblico como si fuera un estudio geológico? Quizás porque incluye tres imágenes como la de abajo, o quizás porque el editor de la revista profesa la religión adecuada.

Nueva teoría explica el origen de la actividad volcánica que ocurre en el centro de las placas tectónicas

Hay cosas que parecen obvias al lego de tanto oírlas de los expertos. Los volcanes se encuentran en los límites entre las placas tectónicas. Sin embargo, también hay volcanes muy lejos de ellos, justo en medio de las placas. ¿Qué provoca que emane magma en estos lugares? Los expertos no se ponen de acuerdo, pero un nuevo modelo geodinámico publicado hoy en Nature parece que ofrece pistas al respecto. La nueva hipótesis de Liu y Stegman, basada en simulaciones geodinámicas, indica que las regiones de subducción provocan movimientos del magma de la parte superior del manto que conducen a la formación de plumas de magma justo por debajo y en medio de las placas que causan el magmatismo intraplaca. Esta hipótesis no está libre de polémica y requiere su confirmación con estudios más detallados, pero de ser correcta reivindicaría la tectónica de placas como la teoría que explica todo el vulcanismo de la Tierra. Nos lo han contado Cin-Ty A. Lee, Stephen P. Grand, «Earth science: Intraplate volcanism,» Nature 482: 314–315, 16 February 2012, que se hacen eco del artículo técnico de Lijun Liu, Dave R. Stegman, «Origin of Columbia River flood basalt controlled by propagating rupture of the Farallon slab,» Nature 482: 386–389, 16 February 2012.

La tectónica de placas es una teoría geológica que afirma que la litosfera está dividida en placas tectónicas que se desplazan sobre el manto terrestre. Hay tres tipos de límites entre placas: divergentes o constructivos, cuando dos placas se alejan la una de la otra y se crean sistemas  de dorsales (oceánicas o rifts); convergentes o destructivos, cuando una placa se desliza por debajo de otra formando zonas de subducción; y transformantes o conservativos, cuando las dos placas se deslizan entre sí formando sistemas de fallas. La tectónica de placas explica la mayoría de las características geológicas de la Tierra, como el vulcanismo en las dorsales oceánicas y en las zonas de subducción. Sin embargo, hay volcanes que se producen lejos de los límites entre placas (magmatismo intraplaca) que son más difíciles de explicar con la tectónica de placas; por ejemplo, la cadena volcánica de Hawai está en el centro de la placa del Pacífico, el campo volcánico de Yellowstone en EE.UU. también.

Muchos geólogos creen que el magmatismo intraplaca es debido a plumas (corrientes ascendentes) del manto que se originan en una capa térmica caliente en la parte más profunda del manto, en la interfaz entre el manto y el núcleo. Estas plumas deberían ser independientes de los movimientos de las placas. Liu y Stegman han realizado simulaciones  geodinámicas por ordenador que indican una teoría alternativa: estas plumas estarían relacionadas con el movimiento de las placas y su origen no estaría en la parte más profunda del manto, sino en la parte más próxima a la litosfera. El magmatismo intraplaca podría explicarse gracias al desarrollo de  inestabilidades gravitatorias en las regiones de subducción. Por supuesto, el modelo es aún simplificado y hay muchas características que no explica bien (como por ejemplo la migración hacia el este del punto activo en Yellowstone, o el cociente tan alto entre el helio-3 y el helio-4 en el volcanismo de Yellowstone).

En resumen, el nuevo artículo en Nature reabre el debate sobre el origen del magmatismo intraplaca y su conexión con la subducción de placas. De confirmarse esta relación en futuros estudios, la placa tectónica sería una teoría capaz de explicar todo el vulcanismo terrestre en su conjunto.

La evolución de los continentes en los próximos 500 millones de años

La evolución futura de los continentes no parece fácil de predecir. Este vídeo (publicado en Nature) muestra su evolución en los próximos 500 millones de años según la teoría de la ortoversión. Según esta teoría aparecerá un supercontinente similar a Pangea, llamado Amasia. No es la única teoría en liza sobre la evolución de los futuros. Hay tres posibles hipótesis que sustentan tres modelos diferentes, la teoría de la introversión, la extroversión y la ortoversión (esta última es el objeto de estudio del nuevo artículo). No entraré en detalles sobre las diferencias entre estas teorías, pero me ha gustado este nuevo vídeo publicado como información suplementaria del artículo de Ross N. Mitchell, Taylor M. Kilian & David A. D. Evans, «Supercontinent cycles and the calculation of absolute palaeolongitude in deep time,» Nature 482: 208-211, 09 February 2012.

No tengo muchos conocimientos de geofísica, así que espero no meter la pata. Los continentes estuvieron unidos en un supercontinente llamado Pangea y en el futuro se cree que se volverán a unir formando un nuevo supercontinente llamado Amasia, porque se fusionarían Asia y Norteamérica. Predecir dónde y cómo se formará la futura Amasia no es fácil y requiere asumir ciertas hipótesis, las más importantes sustentan tres posibles teorías. La teoría de la introversión se basa en la hipótesis de que un océano relativamente joven se cierra y se forma un supercontinente donde se encontraba el anterior (Amasia se formaría donde estuvo Pangea). La teoría de la extroversión se basa en que el cierre de un oceáno relativamente antiguo, con lo que se forma un supercontinente en el hemisferio opuesto al anterior (Amasia se formaría en las antípodas de Pangea). Y la teoría de la ortoversión (ilustrada en el vídeo que abre esta entrada) se forma un supercontinente por el hundimiento de una zona de subducción ortogonal al centroide del supercontinente precedente (Pangea). Los autores del artículo de Nature ofrecen diferentes razones por las que consideran que esta última teoría es la más realista. Supongo que los expertos a favor de las otras dos teorías tendrán buenos argumentos para estar en contra, pero yo no tengo conocimientos suficientes para discutirlas en detalle.

PS: Más información en «Amasia: el supercontinente que fusionará América y Asia,» EFE, El Mundo, 8 febrero 2012.

El viaje al centro de la Tierra con ticket de retorno de los diamantes

Un equipo de sismólogos ha descubierto diamantes que se han formado con carbono de la superficie de la Tierra y que han viajado a las capas más profundas del manto terrestre para retornar a la superficie como kimberlitas gracias a chimeneas de magma. Un ciclo del carbono en el interior de la Tierra gracias al movimiento convectivo del manto terrestre. Michael Walter, investigador principal del estudio, afirma que han encontrado pequeñas inclusiones minerales (entre 20 y 30 micrómetros de diámetro) en diamantes recogidos en Brasil cuya composición química indica que se formaron en las capas más interiores del manto terrestre. Más aún, el análisis de la composición isotópica del carbono de estos diamantes indica que se formaron en la superficie de la Tierra, viajaron a sus entrañas (entre 660 y 2900 km de profundidad) y retornaron a la superficie. Aunque no es la primera vez que se descubren inclusiones del manto inferior en los diamantes, todas las anteriores tenían composiciones que las vincula con la roca llamada peridotita (la más común en todo el manto terrestre, pero poco común en sus partes más internas). Las nuevas inclusiones en los diamantes permitirán estudiar la dinámica del manto terrestre con nuevos ojos, lo que siempre promete sorpresas. El artículo técnico es M. J. Walter et al., «Deep Mantle Cycling of Oceanic Crust: Evidence from Diamonds and their Mineral Inclusions,» Science Express, September 15 2011.