A cada paso que das, algo maravilloso sucede en lo más profundo de la corteza terrestre. Si escuchas con atención, puedes oír crujidos y chirridos. Las grietas, hendiduras y agujeros de la roca emiten sonidos bajo presión. Y el ritmo y el tempo de esos sonidos pueden decirnos algo sobre la probabilidad de un terremoto, por ejemplo.
“Si escucháramos la roca, empezaría a cantar en un tono cada vez más agudo a medida que nos adentramos en la corteza terrestre”, explica el geólogo del MIT, Matěj Peč.
Junto con sus colegas del Instituto Tecnológico de Massachusetts, hizo algo que nosotros no podemos hacer, claro: escuchar el sonido de la roca para averiguar si surge un patrón acústico cuando se aplica presión al suelo de distintas maneras, por ejemplo, con algo tan sencillo como una pisada. En el laboratorio, lo probaron con mármol. Al someterlo a una pequeña presión, se producía un “boom”. Si se presionaba más fuerte, se creaba una “avalancha” de crujidos mucho más altos.
Terremotos y erupciones volcánicas
Esto es mucho más que un dato curioso. Estos patrones acústicos pueden ayudar a los científicos a determinar dónde, y sobre todo a qué profundidad, se encuentran fracturas, agujeros y fisuras en la corteza terrestre. Y con ello, pueden a su vez identificar zonas inestables bajo la superficie terrestre, donde es más probable que se produzcan terremotos o erupciones volcánicas. También puede ayudar a encontrar regiones donde se puedan realizar perforaciones para obtener energía geotérmica sostenible. “Pero, en general, se trata de ciencia fundamental que nos ayuda a entender dónde es más fuerte la litosfera”, dijo Peč.
Como la piel de una manzana
La corteza terrestre se compara a menudo con la piel de una manzana por su delgadez. En su punto más grueso, la corteza terrestre tiene 70 kilómetros de profundidad, una fracción de todo el globo, que tiene un diámetro de 12 700 kilómetros. Sin embargo, dentro de esa capa ultrafina sigue habiendo grandes diferencias. La roca cercana a la superficie terrestre es quebradiza y se rompe con facilidad, frente a las rocas más profundas, que se vuelven blandas y flexibles debido a la inmensa presión y al calor del núcleo de la Tierra.
La fase intermedia
Pero esto implica que también debe existir algún tipo de fase intermedia, en la que las rocas cambian de un estado a otro y tienen propiedades de ambas variantes: pueden romperse como el granito y son fluidas como la miel. Aún no está del todo claro cómo es esta fase de transición, pero los geólogos creen que las rocas son más fuertes durante esta fase.
“Este estado de transición de parcialmente líquido y parcialmente quebradizo es muy importante, porque creemos que es donde la litosfera es más fuerte y donde se producen los mayores terremotos”, dice Peč. “Pero aún no tenemos una buena imagen de ello”.
Por eso, él y sus colegas estudian cómo varía la resistencia y estabilidad de la roca cuando es frágil, dúctil o algo intermedio. Para ello se fijan en los defectos microscópicos de la roca. El tamaño, la densidad y la distribución de esas diminutas fisuras, agujeros y grietas pueden determinar lo frágil o, por el contrario, fluida que es una roca.
Las ondas sonoras
Pero aún no es tan fácil detectar estos diminutos defectos en la roca en condiciones que simulen correctamente las diferentes presiones y profundidades de la corteza terrestre. Por ejemplo, no existe ninguna tecnología de imagen que permita a los científicos observar el interior de la roca, así que recurrieron a los ultrasonidos. La idea es que cualquier onda sonora que viaje a través de una roca golpeará tarde o temprano las grietas y agujeros de la roca de tal forma que revele los patrones de las anomalías.
Todos estos defectos también generan su propio sonido cuando se mueven bajo presión. La combinación del sonido de las propias piedras y de las ondas sonoras que viajan a través de ellas debería arrojar una montaña de información. “Este método de ultrasonidos es el mismo que utilizan los sismólogos en la naturaleza, pero a frecuencias mucho más altas”, explica el científico. “Esto nos ayuda a comprender la física que tiene lugar a escala microscópica durante la deformación de estas rocas”.
Rocas pulverizadas
Para sus experimentos, los investigadores utilizaron cilindros de mármol de Carrara. “Es el mismo material del que está hecho el David de Miguel Ángel. Es un material que está muy bien cartografiado, así que sabemos exactamente lo que debe hacer”.
El equipo colocó cada cilindro en un dispositivo formado por pistones de aluminio, circonio y acero, que juntos pueden generar una presión extrema. Colocaron el dispositivo en una cámara de alta presión y luego expusieron cada cilindro a una presión similar a la que tienen que soportar las rocas de la corteza terrestre.
Mientras pulverizaban lentamente cada roca, los investigadores enviaron ondas ultrasónicas a través de la capa superior del mármol y registraron los patrones acústicos, que viajaban a través de ella. Cuando los sensores no emitían nada, escuchaban las emisiones acústicas naturales.
Bum, bum, crujido
Descubrieron que en el punto en el que se aplicaba menos presión y en el que, por tanto, las piedras eran frágiles, el mármol empezaba efectivamente a mostrar todo tipo de fracturas y las ondas sonoras sonaban como grandes y bajos “estampidos”. En el punto con más presión, donde el mármol era más fluido, las ondas acústicas parecían un crepitar mucho más alto. Los investigadores creen que este crepitar estaba causado por pequeños defectos que se extendían y barrían el mármol como una avalancha.
“Por primera vez, hemos registrado los ‘sonidos’ de las rocas en la fase de transición de frágil a líquida. Vinculamos estos sonidos a las fallas que provocan”, explica Peč. “Descubrimos que estas fracturas y grietas cambian a gran escala en este estado de transición. Es más complicado de lo que se pensaba”.
Las grandes preguntas
El estudio ofrece más información sobre los estruendos que tienen lugar bajo la superficie de la Tierra y, por tanto, puede decir algo más sobre los orígenes de los terremotos y las erupciones volcánicas. “Si las rocas se fracturan en parte y fluyen en parte, ¿cómo encaja esto en el ciclo sísmico? ¿Y cómo afecta eso al movimiento del magma a través de la red rocosa?”, se pregunta Peč. “Esas son las grandes preguntas que pueden abordarse con investigaciones como esta”.