Locos por la Geología

Archivo de abril de 2023

Hace algún tiempo vengo subiendo posts en los que revisamos juntos las diversas hipótesis que sumaron sus observaciones al que luego sería el paradigma hoy vigente: La Teoría de Tectónica de placas o Tectónica Global.

Algunas de esas hipótesis fueron prácticamente descartadas, mientras que otras, una vez depuradas de sus errores, encontraron un lugar dentro del paradigma, que es sin embargo mucho más complejo y abarcativo que cualquiera de ellas aisladamente.

Veremos hoy la Teoría de convección en el manto.

¿Qué antecedentes reconoce esta teoría?

Hace más de cien años que se impulsó la idea de que los materiales terrestres profundos, dotados de cierta viscosidad se movilizaban en ascensos y descensos provocados por el cambio de densidad resultante de diferencias térmicas, de manera semejante a como lo hacen los gases y los líquidos, y como ya he explicado en un post relacionado con el clima. Su reinterpretación como proceso generador de relieves dio nacimiento a la teoría que hoy nos ocupa.  

¿De qué observaciones se partió para esa interpretación?

Hacia la década del 20, Vening Meinesz, estando a bordo de un submarino, observó anomalías gravimétricas en la región de fosas oceánicas de las Indias orientales.

Asumiendo el modelo de células convectivas, postuló que dos células adyacentes y convergentes podrían estar arrastrando hacia abajo el material liviano de la corteza (constituyendo lo que llamó «raíz»), que provocaría el déficit gravitacional y constituiría un «tectógeno», ya que su propia densidad tendería a elevarlo más tarde, según veremos en seguida.

¿Qué experimento validó las primeras observaciones?

En la Figura 1 se observa la prueba experimental que realizó Griggs en 1939, y que fue además una de las primeras en la historia de la evolución de la ciencia geológica.

Como se ve en la figura, hay una corteza, simulada por una mezcla de arena y aceite, que flota sobre un cuerpo de agua viscosa que representa el manto. La relación de densidades es comparable a la que existe entre las geosferas reales. Las corrientes convectivas se simulan con tambores giratorios, en este caso con dirección de movimiento convergente. La raíz se formaba de manera efectiva, demostrando la validez del postulado de Meinesz.

¿Cómo se la relacionó en un principio con la generación del relieve terrestre?

La reacción de la raíz, por su propia flotabilidad (recordemos que es del material menos denso en el conjunto), es una marcada tendencia al ascenso cuando puede vencer a la convección que fuerza su movimiento hacia abajo.

Es así que se plantea el resultado de formas de relieve que hasta entonces no tenían una clara explicación, y que son las cadenas emergentes junto a las fosas oceánicas.

Extendiendo el análisis hacia las células divergentes, es decir el otro extremo del conjunto; Holmes planteó su propia teoría. En ella reunía esas raíces que se elevaban creando cordilleras en un extremo del circuito; con las islas  en el otro, resultantes de una fracturación del sial por la tensión causada por las células convectivas en que los materiales se alejan entre sí.

Ese modelo se visualiza en la Figura 2.

¿Qué sobrevive de esa teoría y cómo se la inserta en el actual paradigma?

La convección misma es parte no sólo integrante, sino también fundamental de la teoría vigente, ya que provee el motor requerido para los movimientos de las placas litosféricas. También es real que allí donde convergen corrientes adyacentes, y dadas ciertas condiciones, se produce una fosa que es resultado de la subducción que ya hemos mencionado otras veces.

Lo que se ha desechado es la idea de que las islas centrooceánicas sean remanentes de continentes fracturados por tensión. Ya veremos su verdadero explicación con detalle.

¿Cómo se explica con ella la sucesión de cierres y aperturas de supercontinentes a lo largo del tiempo?

Esta teoría debía ser completada de alguna manera para explicar por qué ha habido más de un episodio de deriva de las placas a lo largo de la historia geológica, y por qué las configuraciones de los circuitos convectivos ha ido cambiando a lo largo del tiempo.

Runcorn intentó una explicación muy interesante, sobre la cual sin embargo no hay acuerdo absoluto, porque parte de la base de una migración de los minerales ricos en hierro hacia el núcleo, de resultas de su mayor densidad; y esa hipótesis no ha podido demostrarse de manera fehaciente.

No obstante, vale la pena conocer su propuesta y tenerla en cuenta a medida que se obtenga más información, ya sea para validarla o refutarla.

Según su postulado, la migración de hierro aumenta el volumen del núcleo a expensas del manto, lo cual hace que en el nuevo espacio disponible, los circuitos convectivos se segmenten y aplanen como se ve en la figura 3. Esto sería independiente de las corrientes en el propio núcleo que también han sido propuestas y siguen en discusión.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: Las imágenes que ilustran el post son del libro:

Khan, M.A. 1980. Geología global. Ed Paraninfo. Madrid. 202 págs. ISBN: 84-283-1047-5.

Este parrafito lo he seleccionado del libro de cuentos de Marta Lynch titulado «Los años de fuego», y forma parte del relato (interesante y fuerte por cierto) «Ana La Macha, o los años de fuego», que obviamente presta su título al libro entero.

….campo con pastos ricos y un margen de precordillera que siempre los hacía soñar con fabulosos materiales. Se murmuraba acerca del uranio, sobre cristales de bauxita, sobre rocas sin clasificar a las que la gente atribuía riquezas tales que acabarían por sí mismas con el rosario de padecimientos que se extendía de sur a norte, todo a lo largo de la provincia de frontera. Era un sueño más el del descubrimiento…

…Fantasías de mágicas y fabulosas riquezas, ríos de oro que convertirían a Jujuy en un sitial desde el que resplandecería la paz y la abundancia. Pero nada más lejos de la idea del oro que la pareja de la maestra y el agrimensor…

Este post es continuación del de la semana pasada, de modo que deberían empezar por leerlo antes de internarse en el de hoy.

El lunes pasado respondí las siguientes preguntas:

¿Cómo se inició la búsqueda de métodos para generar piedras preciosas artificiales?

¿Cuándo comenzó la verdadera producción industrial de rubíes?

¿Cómo es el método de obtención?

A partir de este punto continuamos con las nuevas preguntas.

¿Cómo comienzan los intentos científicos para producir diamantes artificiales?

Dos acontecimientos, alejados en tiempo y lugar, dieron impulso a la inquietud de algunos investigadores por adentrarse en ese campo de acción. En 1880 cayó un meteorito en Siberia, y entre sus restos se encontraron diamantes. Hallazgo similar ocurrió en otro meteorito que cayó en Arizona en 1893.

Las especulaciones de los estudiosos generaron dos hipótesis diferentes. Urey y sus seguidores especulaban con el hecho de que los diamantes se habrían formado en la corteza del cuerpo planetario del que el meteorito se había desprendido.

Por el contrario, Ninger atribuía su generación al efecto del choque con la superficie de la Tierra. Desde allí surgió la idea de experimentar con ondas de choque para producir diamantes. Si bien esto no implica la imposibilidad de otras formas de generación (ley de equifinalidad), el éxito de estos experimentos afirmó la segunda de las teorías y abrió el campo para intentar la fabricación artificial de los diamantes.

¿Cuándo se obtuvieron los primeros diamantes artificiales, y a través de qué método?

Los primeros diamantes eran de tipo industrial, vale decir que no tenían la calidad ni el tamaño como para ser considerados en la joyería, sino que se los utilizaba en aparatos de corte, y como abrasivos, y fueron presentados por la Compañía General de Electricidad de Suecia en 1953 y por General Electric en 1955.

Se unieron luego la empresa Union Carbide y otras, pero sólo en 1970, la General Electric pudo anunciar por fin que se había obtenido diamantes artificiales de calidad gema.

Desde 2018, la mayor productora de diamantes naturales, De Beers Consolidated Mines, se ha incorporado también a la industria del diamante sintético, pese a su gran resistencia inicial.

El método original consistía en fundir Carbono (no lo confundan por favor con el carbón de los asados, estamos hablando del elemento químico) a altísimas presiones (del orden de 900.000 a un millón de atmósferas) y temperaturas, para permitirle luego un lento enfriamiento que generara cristales bien formados. Sucesivos agregados al método permitieron bajar las temperaturas y presiones requeridas, al añadir catalizadores como el tantalio.

¿Hay otros métodos?

El método de altas presiones y temperaturas conocido como HPHT por sus siglas en inglés, es todavía el preferido por su costo relativamente bajo; pero existen también los métodos de deposición de vapor químico (CVD), el de generación por ondas de choque, que incluye detonaciones y el de tratamiento de soluciones de grafito con ultrasonido.

¿Cómo es hoy la producción mundial de diamantes sintéticos?

Actualmente la producción de diamantes sintéticos más floreciente es la de China, que logra generar cada mes entre 160.000 y 200.000 quilates de diamante artificial, aunque no toda esa producción se destina a la joyería, sino que en su mayor parte se trata de diamantes para uso industrial.

¿Qué se puede agregar?

Una importante novedad es la creación de la Fundación Diamond Foundry, que crea diamantes sintéticos a partir de un diamante madre, originario de Canadá. Desde ese núcleo de crecimiento y aplicando un reactor de plasma que alcanza temperaturas tan altas como 5.500°C, se obtienen diamantes gema.

Esta fundación tiene como objetivo producir diamantes que no causen conflictos armados como los que Leonardo di Caprio escenificó en la cruenta película “ Diamantes de Sangre”. Como nota de color, digamos que ese actor, precisamente es uno de los que más apoyan la fundación desde que su papel protagónico lo puso en contacto con la terrible realidad.

Esta metodología ha dado nacimiento a una nueva industria con diamantes hasta 30% más baratos que los naturales, y que intenta ser más amigable con el ambiente, utilizando como fuentes energéticas las solares e hídricas en la medida de lo posible, ya que se consume gran cantidad de energía.

 Estos diamantes son certificados por el Instituto Gemológico de Estados Unidos (Gia) y llevan una marca producida con láser, con la frase “Genesis Created”. Su lema es “Un diamante es un diamante”.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

La imagen que ilustra el post es de este sitio.