Introducción a la ciencia I. Ciencias Físicas (35 page)

Otro fenómeno poco corriente es el nacimiento de un volcán. El 20 de febrero de 1943 se presenció en México tan impresionante fenómeno. En efecto, surgió lentamente un volcán en lo que había sido hasta entonces un idílico trigal de Paricutín, aldea situada 321 km al oeste de la capital mexicana. Ocho meses después se había transformado en un ceniciento cono, de 450 m de altura. Naturalmente, hubo que evacuar a los habitantes de la aldea.

En conjunto, entre otros, los norteamericanos, no han sido muy conscientes de las erupciones volcánicas, que parecen, en su mayor parte, ocurrir en países extranjeros. En realidad, el volcán activo más importante se encuentra en la isla de Hawai, que ha sido posesión estadounidense durante más de ochenta años, y es un Estado norteamericano desde hace más de treinta. Kilauea tiene un cráter con un área de 6 kilómetros cuadrados, y se halla frecuentemente en erupción. Las erupciones no son nunca explosivas, no obstante, y aunque la lava fluye periódicamente, se mueve con la suficiente lentitud como para causar pocas pérdidas de vidas, aunque en ocasiones se produce destrucción de propiedades. Ha permanecido inusualmente activo en 1983.

La Cascada Range, que sigue la línea costera del Pacífico (de 160 a 225 kilómetros tierra adentro), desde el norte de California hasta el sur de la Columbia británica, tiene bastantes picos famosos, como el monte Hood y el monte Rainer, que se sabe se trata de volcanes extintos. Aunque están extinguidos, se piensa poco en ellos, aunque un volcán puede yacer dormido durante siglos y luego volver rugiente a la vida.

Este hecho ha sido desvelado a los norteamericanos en conexión con el monte Santa Elena, en la parte sudcentral del Estado de Washington. Entre 1831 y 1854, había permanecido activo, pero entonces no vivían muchas personas allí, y los detalles resultaron vagos. Durante un siglo y un tercio, permaneció absolutamente tranquilo, pero luego, el 18 de mayo de 1980, tras algunos rugidos y estremecimientos preliminares, erupcionó de repente. Veinte personas, que no habían tomado la precaución elemental de dejar la región, resultaron muertas, y se informó de que más de un centenar de personas más desaparecieron. Ha permanecido activo desde entonces: no ha habido muchas erupciones volcánicas, pero ha sido la primera de las mismas en los cuarenta y ocho Estados contiguos durante mucho tiempo.

Existe más en las erupciones volcánicas que pérdidas inmediatas de vidas. En las erupciones gigantes, vastas cantidades de polvo son lanzadas muy alto en la atmósfera, y pasará mucho tiempo antes de que el polvo se sedimente. Tras la erupción del Krakatoa, se dieron magníficas puestas de Sol durante un largo período a causa del polvo esparcido entre la luz del Sol poniente. Un efecto mucho menos benigno es que el polvo refleje la luz del Sol, por lo que alcanza la superficie de la Tierra menos calor solar durante un largo tiempo.

A veces, el efecto ulterior es relativamente local aunque catastrófico. En 1873, el volcán de Lai, en la zona sudcentral de Islandia, entró en erupción. La lava llegó a cubrir 400 kilómetros cuadrados durante una erupción de dos años, pero no produjo más que un pequeño daño directo. La ceniza y el dióxido de azufre, sin embargo, se esparcieron por casi toda Islandia, e incluso llegaron a Escocia. La ceniza oscureció el cielo, por lo que las cosechas, al no poder disfrutar de la luz del Sol, murieron. Los humos de dióxido de azufre mataron las tres cuartas partes de los animales domésticos de la isla. Tras perder las cosechas y morir los animales, 10.000 islandeses, un quinto de la población total de la isla, murieron de hambre y enfermedades.

El 7 de abril de 1815, el monte Tambora, en una pequeña isla al este de Java, estalló. Cincuenta kilómetros cúbicos de rocas y polvo fueron lanzadas a la atmósfera superior. Por esta razón, la luz solar fue reflejada en una mayor extensión de la acostumbrada, y las temperaturas de la Tierra fueron más bajas de lo usual durante más o menos un año. Por ejemplo, en Nueva Inglaterra, 1815 fue un año desacostumbradamente frío, y se produjeron olas de frío en cada mes del año, incluso en julio y agosto. Se le llamó «el año sin verano».

A veces, los volcanes matan inmediatamente, pero no de forma necesaria a través de la lava o incluso de la ceniza. El 8 de mayo de 1902, el monte Pelee, en la isla de la Martinica, en las Indias Occidentales, entró en erupción. La explosión produjo una gruesa nube de gases al rojo vivo y humos. Estos gases se esparcieron con rapidez por el flanco de la montaña y se dirigieron en línea recta hacia Saint-Pierre, la ciudad principal de la isla. En tres minutos, murieron de asfixia en la ciudad 38.000 personas. El único superviviente fue un criminal recluido en una prisión subterránea, que iba a ser colgado aquel mismo día, si todos los demás no hubiesen muerto...

La investigación moderna sobre los volcanes y el papel que desempeñan en la formación de la mayor parte de la corteza terrestre la inició el geólogo francés Jean-Étienne Guettard, a mediados del siglo XVIII. A finales del mismo siglo, los solitarios esfuerzos del geólogo alemán Abraham Gottlob Werner popularizaron la falsa noción de que la mayor parte de las rocas tenían un origen sedentario, a partir del océano, que en tiempos remotos había sido el «ancho mundo» («neptunismo»). Sin embargo, el peso de la evidencia, particularmente la presentada por Hutton, demostró que la mayor parte de las rocas habían sido formadas a través de la acción volcánica («plutonismo»). Tanto los volcanes como los terremotos podrían ser la expresión de la energía interna de la Tierra, que se origina, en su mayoría, a partir de la radiactividad (capítulo 7).

Una vez los sismógrafos proporcionaron datos suficientes de las ondas sísmicas, comprobóse que las que podían estudiarse con más facilidad se dividían en dos grandes grupos: «ondas superficiales» y «ondas profundas». Las superficiales siguen la curva de la Tierra; en cambio, las profundas viajan por el interior del Globo y, gracias a que siguen un camino más corto, son las primeras en llegar al sismógrafo. Estas ondas profundas se dividen, a su vez, en dos tipos: primarias («ondas P») y secundarias («ondas S») (figura 4.3). Las primarias, al igual que las sonoras, se mueven en virtud de la compresión y expansión alternativas del medio (para representárnoslas podemos imaginar, por un momento, el movimiento de un acordeón, en que se dan fases alternas de compresión y expansión). Tales ondas pueden desplazarse a través de cualquier medio, sólido o fluido. Por el contrario, las ondas secundarias siguen la forma familiar de los movimientos de una serpiente, o sea, que progresan en ángulos rectos a la dirección del camino, por lo cual no pueden avanzar a través de líquidos o gases.

Fig. 4.3. Rutas que siguen las ondas sísmicas en el interior de la Tierra. Las ondas superficiales se desplazan a lo largo de la corteza. El núcleo líquido de la Tierra refracta las ondas profundas de tipo P. Las ondas S no pueden desplazarse a través del núcleo.

Las ondas primarias se mueven más rápidamente que las secundarias y, en consecuencia, alcanzan más pronto la estación sismográfica. A partir del retraso de las ondas secundarias, se puede determinar la distancia a que se ha producido el terremoto. Y su localización, o «epicentro» —lugar de la superficie de la Tierra situado directamente sobre el fenómeno— puede precisarse con todo detalle midiendo las distancias relativas a partir de tres o más estaciones: los tres radios originan otros tantos círculos, que tienen su intersección en un punto único.

La velocidad, tanto de las ondas P como de las S, viene afectada por el tipo de roca, la temperatura y la presión, como han demostrado los estudios de laboratorio. Por tanto, las ondas sísmicas pueden ser utilizadas como sondas para investigar las condiciones existentes bajo la superficie de la Tierra.

Una onda primaria que corra cerca de la superficie, se desplaza a una velocidad de 8 km/s. A 1.600 por debajo de la superficie y a juzgar por sus tiempos de llegada, correría a 12 km/s. De modo semejante, una onda secundaria se mueve a una velocidad de menos de 5 km/s cerca de la superficie, y a 6 km/s a una profundidad de 1.600 km. Dado que un incremento en la velocidad revela un aumento en la densidad, podemos calcular la densidad de la roca debajo de la superficie. En la superficie, como ya hemos dicho, la densidad media es de 2,8 g/cm
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. A 1.600 km por debajo, aumenta a 5 g/cm
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y a 2.800 km es ya de unos 6 g/cm
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Al alcanzar la profundidad de 2.800 km se produce un cambio brusco. Las ondas secundarias desaparecen. En 1906, el geólogo británico R. D. Oldham supuso que esto se debería a que la región existente debajo de esta cota es líquida: las ondas alcanzarían en ella la frontera del «núcleo líquido» de la Tierra. Al mismo tiempo, las ondas primarias que alcanzan este nivel cambian repentinamente de dirección; al parecer, son refractadas al penetrar en dicho núcleo líquido.

El límite del núcleo líquido se llama «discontinuidad de Gutenberg», en honor del geólogo americano Beño Gutenberg, quien, en 1914, lo definió y mostró que el núcleo se extiende hasta los 3.475 km a partir del centro de la Tierra. En 1936, el matemático australiano Keith Edward Bullen estudió las diversas capas profundas de la Tierra y calculó su densidad tomando como referencia los datos sobre seísmos. Confirmaron este resultado los datos obtenidos tras el formidable terremoto de Chile en 1960. Así, pues, podemos afirmar que, en la discontinuidad de Gutenberg, la densidad de la materia salta de 6 a 9, y desde aquí, hasta el centro, aumenta paulatinamente a razón de 11,5 g/cm
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.

¿Cuál es la naturaleza del núcleo líquido? Debe de estar compuesto por una sustancia cuya densidad sea de 9 a 11,5 g/cm
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en las condiciones de temperatura y presión reinantes en el núcleo. Se estima que la presión va desde las 20.000 t/cm
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en el límite del núcleo líquido, hasta las 50.000 t/cm
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en el centro de la Tierra. La temperatura es, sin duda, menor. Basándose en el conocimiento de la proporción en que se incrementa la temperatura con la profundidad en las minas, y en la medida en que las rocas pueden conducir el calor, los geólogos estiman, aproximadamente, que las temperaturas en el núcleo líquido pueden alcanzar los 5.000 °C. (El centro del planeta Júpiter, mucho mayor, puede llegar a los 500.000°.)

La sustancia del núcleo debe estar constituida por algún elemento lo bastante corriente como para poder formar una esfera de la mitad del diámetro de la Tierra y un tercio de su masa. El único elemento pesado corriente en el Universo es el hierro. En la superficie de la Tierra, su densidad es sólo de 7,86 g/cm
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; pero bajo las enormes presiones del núcleo podría alcanzar una densidad del orden antes indicado, o sea, de 9 a 12 g/cm
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. Más aún, en las condiciones del centro de la Tierra sería líquido.

Por si fuera necesaria una mayor evidencia, ésta es aportada por los meteoritos, los cuales pueden dividirse en dos amplias clases: meteoritos «rocosos», formados principalmente por silicatos, y meteoritos «férricos», compuestos de un 90 % de hierro, un 9 % de níquel y un 1 % de otros elementos. Muchos científicos opinan que los meteoritos son restos de planetas desintegrados; si fuese así, los meteoritos de hierro podrían ser partes del núcleo líquido del planeta en cuestión, y los meteoritos rocosos, fragmentos de su manto. (Ya en 1866, o sea, mucho tiempo antes de que los sismólogos demostraran la naturaleza del núcleo de la Tierra, la composición de los meteoritos de hierro sugirió al geólogo francés Gabriel-Auguste Daubrée, que el núcleo de nuestro planeta estaba formado por hierro.)

La mayoría de los geólogos aceptan hoy como una realidad el hecho de un núcleo líquido de níquel-hierro, por lo que se refiere a la estructura de la Tierra, idea que fue más elaborada posteriormente. En 1936, el geólogo danés I. Lehmann, al tratar de explicar el desconcertante hecho de que algunas ondas primarias aparezcan en una «zona de sombras», de la mayor parte de cuya superficie quedan excluidas tales ondas, sugirió que lo que determinaba una nueva inflexión en las ondas era una discontinuidad en el interior del núcleo, a unos 1.290 km del centro, de forma que algunas de ellas penetraban en la zona de sombra. Gutenberg propugnó esta teoría, y en la actualidad muchos geólogos distinguen un «núcleo externo», formado por níquel y hierro líquidos, y un «núcleo interno», que difiere del anterior en algún aspecto, quizás en su naturaleza sólida o en su composición química, ligeramente distinta. Como resultado de los grandes temblores de tierra en Chile, en 1969, todo el globo terrestre experimentó lentas vibraciones, a frecuencias que eran iguales a las previstas si se tenía en cuenta sólo el núcleo interno. Esto constituyó una sólida prueba en favor de su existencia.

La porción de la Tierra que circunda el núcleo de níquel-hierro se denomina «manto». En apariencia está compuesto por silicatos, pero, a juzgar por la velocidad de las ondas sísmicas que discurren a través de ellos, estos silicatos difieren de las típicas rocas de la superficie de la Tierra, algo que demostró por vez primera, en 1919, el físico-químico americano Leason Heberling Adams. Sus propiedades sugieren que son rocas de tipo «olivino» (de un color verde oliva, como indica su nombre), las cuales son, comparativamente, ricas en magnesio y hierro y pobres en aluminio.