David Pratt
Mayo 2001, última revisión abril 2016
Contenidos (final Parte A):
03. Masa, densidad y velocidad sísmica
04. Terremotos profundos
05. Geomagnetismo
03. Masa, densidad y velocidad sísmica
Si el corazón de la Tierra fuera homogéneo, o compuesto de materiales con las mismas propiedades, las ondas sísmicas se desplazarían en línea recta a una rapidez constante. En realidad, ellas alcanzan sismómetros lejanos más pronto de lo que ocurriría si el planeta tuviera uniformidad, y cuanto mayor sea la distancia, mayor es la aceleración, implicando que las oscilaciones recibidas en estaciones apartadas han circulado más rápido. Dado que las ondas sísmicas no sólo se mueven por la superficie, sino también a través del cuerpo planetario, la curvatura de éste resultará claramente en el emplazamiento de terminales más lejanas a un foco sísmico, captando ondas que han pasado mediante profundidades mayores en la Tierra. De esto se infiere que la velocidad de ondulaciones telúricas se intensifica con la hondura, debido a cambios en los rasgos de la materia terrestre. Si las ondas se incrementan de modo constante con mayor profundidad, seguirán caminos que se curvan hacia la superficie, y si se ralentizan por la causa contraria, adoptarán trayectorias curvadas hacia abajo.
La rapidez sísmica en distintos medios depende no sólo de la espesura en la sustancia, sino también sus propiedades elásticas, es decir, rigidez (módulo de cizallamiento) e incompresibilidad (módulo de volumen). En el caso de sólidos y líquidos, no existe correlación entre la velocidad de onda sonora y densidad (1). Estos son algunos ejemplos de metales:
Por otro lado, en los gases sí existe vínculo entre compactación de materiales y velocidad sísmica: la segunda disminuye al acrecentarse la primera.
De acuerdo con fórmulas de cálculo aplicables*, la rapidez de ondulaciones sísmicas es más lenta a mayor densidad en las rocas por donde pasan, siempre que las propiedades flexibles de éstas permanezcan constantes. Como dichas vibraciones aceleran con la profundidad, ello implicaría que la compactación desciende; sin embargo, los científicos están convencidos del fenómeno contrario. Para resolver el problema, simplemente asumen que las propiedades elásticas cambian a una velocidad que compensa con creces el alza de la densidad. Un manual de geología señala:
"Puesto que la solidez planetaria aumenta con la profundidad, se esperaría más lentitud en las ondas a medida que la segunda se intensifica. Entonces, ¿por qué las oscilaciones P y S aceleran al ahondar más? Esto sólo puede ocurrir porque la incompresibilidad y rigidez de la Tierra ascienden más rápidamente con la hondura que el crecimiento en la densidad" (2).
Así, los geofísicos simplemente ajustan los valores de rigidez e incompresibilidad para calzarlos con sus preconcepciones respecto a la distribución de densidad y rapidez dentro de la Tierra. En otras palabras, sus argumentos son circulares.
*Velocidad onda P = √ [(K + 4/3 μ)/ρ], velocidad onda S = √ (μ/ρ), donde K = módulo de compresibilidad (incompresibilidad), μ = módulo de cizalladura (rigidez) y ρ = densidad. En un fluido, la rigidez desaparece y las ondas S no pueden propagarse.
Los resultados en el pozo de Kola determinaron mixtura significativa en la composición y densidad de rocas, velocidades sísmicas y otras cualidades. En general, la porosidad y presión líticas aumentaron con la profundidad, mientras que la solidez aminoró y las aceleraciones sísmicas no mostraron tendencias diferentes (3); también en el sitio de Oberpfälz la densidad y velocidad sísmica no mostraron propensión distinta con el aumento del fondo (4). Muchos científicos creen que a mayor calado, la supuesta acrecencia de presiones y temperaturas conducirá a mayor homogeneidad y los hechos se aproximarán más a los modelos actuales, pero esto no es más que un artículo de fe.
La convicción entre los especialistas de que la densidad se acentúa con el fondo está basada en su creencia de que, por causa del peso acumulado de rocas superpuestas, la presión debe ascender en camino al centro terrestre, donde se cree alcanza 3,5 millones de atmósferas (en la superficie es de una atmósfera). También piensan conocer cuánto sube la densidad lítica hacia el corazón del planeta, pues "han determinado con exactitud" la masa planetaria (5,98 x 1024 kg.) y por lo tanto su densidad promedio (5,52 g/cm3). Dado que las rocas corticales -las únicas que se pueden muestrear directamente- tienen compacidad promedio de sólo 2,75 g/cm3, se concluye que las capas líticas profundas deben ser mucho más espesas. En el centro de la Tierra, la densidad supuestamente alcanza 13 g/cm3.
Pari Spolter pone en duda este modelo:
"Cerca del 71% de la superficie planetaria está cubierta por océanos a una profundidad media de 3795 mts. y un promedio en consistencia de 1,02 g/cm-3. El espesor medio cortical es 19 kms. y la densidad común en la corteza media corresponde a 2,75 g/cm-3. A partir de los estudios sobre el tiempo de recorrido para ondas sísmicas, los geofísicos han diseñado una esquema estratificado sobre el interior de la Tierra. Actualmente no se conoce con exactitud el cálculo de la distribución en densidad sólo a partir de datos sísmicos. Para llegar a una consistencia media de 5,5 se idearon modelos planetarios que establecen valores progresivamente más altos para las zonas internas del planeta (...)".
"Excepto para el océano y la corteza, no hay mediciones directas en la densidad de capas internas. El prototipo actualmente aceptado es ilógico respecto a la ley de sedimentación en una centrífuga. La Tierra ha estado girando durante casi 4,5 mil millones de años, y al momento de su formación se hallaba licuada y rotó con más velocidad que hoy. La mayor densidad de materia debería haber migrado a las capas externas, y excepto para el núcleo interno (...) la solidez en los estratos restantes debe ser inferior a 3 g/cm-3.
Además, los elementos pesados son raros en el Universo. ¿Cómo podría concentrarse en el interior de la Tierra tanto número de materiales, y con tan baja abundancia estelar?" (5).
Las cifras establecidas para masas y densidades de todos los planetas, estrellas, etc. son puramente teóricas; nadie los ha colocado jamás en una balanza ni pesado. El volumen de cuerpos celestes puede calcularse a partir de la llamada forma newtoniana de la tercera ley por Kepler, que establece que la proporción del cubo en la distancia media (r) de cada planeta al Sol, al cuadrado de su período rotatorio (T, es siempre el mismo número (r3/T2 = constante). La variante de Newton para dicha norma supone que r3/T2 es igual a la masa inerte del cuerpo multiplicada por la constante gravitatoria, y dividida por 4π2 (GM = 4π2r3/T2). Incluso si son correctos los guarismos convencionales para la masa total y densidad planetarias promedio, el modelo de la Tierra prevaleciente puede tener muchos errores pues nadie sabe con certeza qué tipo de materia existe en su centro.
El Devil´s Dictionary define la gravitación como "la tendencia de todos los cuerpos a acercarse entre sí con una fuerza proporcional a la cantidad de materia que contienen, y ésta última se determina mediante la fuerza de su tendencia a aproximarse entre sí". Tal es la lógica circular que subyace en la teoría estándar. Sin embargo, debemos tener en cuenta que el peso es siempre una medida relativa, porque una masa sólo puede pesarse en relación con otra masa. El hecho de que las velocidades observadas en satelitales artificiales coincidan con las predicciones generalmente se toma como evidencia de que los fundamentos de la hipótesis newtoniana deben ser "exactos". Por otro lado, la fuerza gravitatoria neta no necesita ser directamente proporcional a la masa inerte, pues existen muchas pruebas de que aspectos como el giro y la carga pueden modificar las propiedades gravitatorias de un cuerpo (6).
Referencias
1. David R. Lide (editor), CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, FL: CRC Press, 1996, p. 14-34.
2. A. McLeish, Geological Science, Walton-on-Thames, Surrey: Thomas Nelson & Sons, 1992, p. 122.
3. N.I. Pavlenkova, "The Kola superdeep drillhole and the nature of seismic boundaries", Terra Nova, v. 4, 1993, p. 117-23.
4. E. Huenges, J. Lauterjung, C. Bücker, E. Lippmann y H. Kern, "Seismic velocity, density, thermal conductivity and heat production of cores from the KTB pilot hole", Geophysical Research Letters, v. 24, 1997, p. 345-8.
5. Pari Spolter, Gravitational Force of the Sun, Granada Hills, CA: Orb Publishing, 1993, p. 117-9.
6. "Gravedad y antigravedad".
04. Terremotos profundos
La mayoría de terremotos es superficial -a no más de 20-25 kms. bajo el suelo- y acontecen cuando las rocas se fragmentan por estrés creciente. Los seísmos a profundidades mucho mayores plantean un gran desafío al modelo terrestre ortodoxo, pues por debajo de unos 60 kms. las rocas deben ser tan calientes y compactas que se vuelven dúctiles; en lugar de romperse catastróficamente bajo tensión, deben experimentar deformación o flujo plástico. Sin embargo, el 30% de los sismos se genera en fondos mayores a 70 kms., y se han registrado algunos en hasta 700. La mayoría de terremotos con centro profundo ocurren en las "zonas Benioff", y estas áreas de fallas profundamente arraigadas suelen etiquetarse como "zonas de subducción", donde las losas de litosfera oceánica supuestamente se hunden en el manto, si bien hay pruebas abundantes que contradicen esta hipótesis (1). Sin embargo, algunos terremotos hondos han sacudido Rumanía y el Hindukush donde no existen semejantes regiones. Se ha propuesto una variedad de explicaciones para temblores a gran hondura, pero son todos polémicos (2), y como dice un libro moderno:
"La existencia de eventos profundos fue un descubrimiento sorprendente, porque las altas presiones y temperaturas que existen a ese nivel deben provocar que la mayoría de materiales se deforme plásticamente, sin la repentina falla frágil que causa terremotos someros en la corteza. Aún hoy el mecanismo físico para ellos no está bien comprendido y es fuente continua de controversia" (3).
La radiación de terremotos hondos es similar a los de poca profundidad. Solía decirse que los primeros eran continuados por menos réplicas que los superficiales, pero existen indicios de que muchos sismos secundarios son difíciles de localizar y hay mucha más actividad a tales profundidades de lo que se piensa. El hecho de que los sismos profundos comparten varias características con eventos someros insinúa que pueden ser causados por mecanismos parecidos; sin embargo, la mayoría de geofísicos es incapaz de sostener el concepto de que la Tierra podría ser rígida a dicho nivel. Una excepción es E.A. Skobelin, quien señala la conclusión lógica de que, como los terremotos de centro profundo no pueden originarse en material plástico y deben estar vinculados a algún tipo de estrés en roca sólida, la litosfera rígida se extendería hacia fondos de incluso 700 kilómetros (4).
En Bolivia, el 8 de junio de 1994 se generó uno de los mayores terremotos profundos del siglo XX, con magnitud 8,3 en la escala Richter y a 640 kms. bajo la superficie. Hizo que todo el suelo retumbara a lo largo de meses, y cada aproximadamente 20 minutos todo el planeta se expandió y contrajo en una pequeña cantidad. Un rasgo significativo de dicho sismo fue que se extendía horizontalmente a través de un plano de 30 por 50 kilómetros dentro de la "losa subductiva", y esto opugna la idea de que esos eventos se producen por olivino en el "centro frío" de una losa convertida repentinamente en espinela, durante una reacción descontrolada cuando la temperatura sube por encima de 600° C. También subvierte el concepto de que la gravedad aumenta con la profundidad, porque en este caso el movimiento a tales profundidades debiera ser casi vertical (5). Parece que algo anda muy mal con las teorías científicas sobre lo que existe y está sucediendo en lo profundo de la Tierra.
La aceleración gravitacional es de 9,8 m/s2 en la superficie planetaria, y el consenso predominante es que se eleva a un máximo de 10,4 m/s2 en el límite núcleo-manto (2900 kms.), antes de caer a cero en el centro de la Tierra, pero no todos los geocientíficos están de acuerdo. Skobelin asevera que la fuerza de gravedad normal dirigida hacia abajo puede reemplazarse por un empuje inverso y ascendente, a profundidades de 2700 hasta 4980 kms., y que el guarismo ampliamente aceptado de 3500 kilobares para la presión en el centro puede ser un orden de magnitud demasiado alto (6).
Los terremotos y volcanes tienden a concentrarse a lo largo de algunas fallas principales en la corteza terrestre. El hecho de que ocurre actividad geológica intensa y longitudinal en estos "límites de placas" suele considerarse como uno de los grandes "éxitos" de la teoría tectonista, pero es precisamente la elevada incidencia de terremotos y actividad volcánica que llevó a los geólogos a clasificar dichos cinturones de esa forma. La ortodoxia no arroja luces sobre los sismos que ocurren dentro de placas, y así Officer y Page admiten: "Sabemos muy poco sobre los mecanismos implicados en este tipo de terremotos intraplaca, pero [a veces] ilustra los efectos que podrían esperarse de una gigantesca explosión interna, y por extraño que pueda ser tal concepto" (7).
Thomas Gold argumentó que, durante su formación, la Tierra conserva grandes cantidades de hidrocarburos en su interior, y sostuvo que esporádicamente varios gases son liberados desde profundidades cercanas a los 150 kms., y cuando invaden capas líticas quebradizas del exterior, las debilitan al crear nuevas fracturas o reducir la fricción en fallas existentes, causando o facilitando movimientos telúricos (8). Se sabe que la emisión de gases térreos (por ejemplo, metano) genera volcanes de lodo en tierra, pústulas circulares en el fondo del océano y "volcanes de hielo" o pingos en campos homónimos. Los hidrocarburos y el hidrógeno también son componentes principales de gases emitidos durante grandes erupciones volcánicas.
Las declaraciones de testigos proporcionan fuerte evidencia de que, por lo general, las emisiones gaseosas también ayudan en la génesis telúrica, pero hoy los científicos tienden a ignorar esos relatos "subjetivos" a favor de los "datos duros". En la actualidad y como el pasado, junto con seísmos se observan aspectos como erupciones, llamas, rugidos/silbidos, olores sulfurosos, brumas/nieblas, asfixia, fuentes de agua y lodo, o burbujeo vigoroso en cuerpos de agua. Sobre la base de tales pruebas, los antiguos sostenían que el movimiento y la erupción del "aire" subterráneo (es decir, gases) solían originar volcanes si escapaban y sismos en el caso contrario. Gold sostiene que ello podría explicar los terremotos hondos, pues cree que el mecanismo de cizalladura rocosa súbita no puede operar profundamente en el interior del planeta, pero como ya vimos, esta creencia puede ser errónea y ambos mecanismos pueden aplicarse a todo nivel interno.
Referencias
1. "Tectónica de placas: un modelo bajo amenaza", Journal of Scientific Exploration, v. 14, n° 3, 2000, p. 307-52.
2. T. Lay y T.C. Wallace, Modern Global Seismology, San Diego, CA: Academic Press, 1995, p. 17-23; H. Houston, "Deep quakes shake up debate", Nature, v. 372, 1994, p. 724-5; R.A. Kerr, "Bolivian quake deepens a mystery", Science, v. 264, 1994, p. 1659; R.A. Kerr, "Biggest deep quakes may need help", Science, v. 267, 1995, p. 329-30; R. Monastersky, "Great quake in Bolivia rings earth’s bell", Science News, v. 145, 1994, p. 391; C. Frohlich, "Deep earthquakes", Scientific American, v. 260, 1989, p. 32-9.
3. Peter M. Shearer, Introduction to Seismology, Cambridge: Cambridge University Press, 2da ed., 2009, p. 7, ruangbacafmipa.staff.ub.ac.id.
4. E.A. Skobelin, en: C.W. Hunt (ed.), Expanding Geospheres, Calgary, Alberta: Polar Publishing, 1992, p. 41-2.
5. M.I. Bhat, correo electrónico, 2000.
6. Expanding Geospheres, p. 35-6.
7. Charles Officer y Jake Page, Tales of the Earth: Paroxysms and perturbations of the blue planet, New York: Oxford University Press, 1993, p. 52.
8. Thomas Gold, The Deep Hot Biosphere, New York: Copernicus, 1999, p. 141-63; Thomas Gold y Steven Soter, "The deep-earth-gas hypothesis", Scientific American, v. 242, 1980, p. 130-7.
05. Geomagnetismo
Muchos científicos creen que el núcleo de la Tierra debe ser metálico para producir geomagnetismo, además de poseer compactación elevada al contrario del manto. De acuerdo con la hipótesis de dínamo, el movimiento del fluido en el núcleo externo planetario desplaza material conductor (hierro líquido) a través de un campo magnético débil ya existente, y genera una corriente eléctrica; ésta, a su vez, crea otro campo también relacionado con ese fluido para crear una injerencia magnética secundaria. Estos dos flujos atractivos son más poderosos que el original y se encuentran esencialmente a lo largo del eje rotativo terrestre.
Las principales características del campo geomagnético incluyen fluctuaciones a corto y largo plazo en magnitud, reversión de polaridad a intervalos irregulares (decenas de miles/millones de años), desplazamiento de 10° entre el centro geomagnético y de rotación, y la deriva de polos magnéticos en torno a los geográficos para una fase estimada en varios miles de años. Los expertos suponen que la teoría de dínamo puede aclarar estos rasgos, aunque un conocimiento detallado es insuficiente. Existen dos arquetipos en pugna, y se requiere un gran caudal de subterfugios para obtener los modelos numéricos con tal de reproducir algunas características del flujo magnético real (1).
Para explicar el desfase entre el centro geomagnético y rotativo, algunos científicos sostienen que el campo general planetario puede ser una combinación de un ámbito dipolo central, producido por dínamo y alineado con el eje revolvente, y múltiples campos dipolares variables situados en las porciones más externas del núcleo. Sin embargo, otros afirman que no existe un mecanismo físico para generar dipolos cerca de la superficie nuclear (2). Algunos planetas tienen inclinaciones todavía mayores y más desconcertantes entre ambos ejes: 47° para Neptuno y 60° en Urano.
Aún suponiendo que exista un núcleo exterior de hierro líquido, existen grandes problemas con la hipótesis de dínamo. Joseph Cater escribe:
"Los científicos son un tanto ambiguos para explicar cómo un campo magnético podría extenderse allende los 3000 kms. de una corriente eléctrica. Incluso se necesita un flujo análogo muy poderoso para producir efectos magnéticos relativamente débiles a muy corta distancia por encima del flujo, y sería asombrosa la resistencia eléctrica del hierro en las presuntas temperaturas del núcleo. Una fluencia constante de electricidad requiere variaciones asiduas de potencial; entonces, ¿cómo se producen y mantienen en este núcleo hipotético?
La magnitud, anchura y profundidad de tales corrientes tendrían que ser increíbles para ampliar el campo magnético incluso en una pequeña fracción de la distancia requerida, y la F.E.M. [fuerza electromotriz] precisada para generarlo sería aún más asombrosa. ¿Y de dónde provendría? Hasta ahora, los científicos se muestran reacios a explicar esto, sobre todo porque esas corrientes están confinadas a una 'pelota' y por ende siguen caminos cerrados" (3).
V.N. Larin se pregunta si hay una estructura que mantenga fuertes corrientes eléctricas en el interior de la Tierra durante toda su evolución, y sostiene que es dudosa la existencia misma de la convección activa en el núcleo. Si ella tiene origen termal, entonces la fuente de calor en el centro férrico es incomprensible. Otra opción es la radiactividad, pero no se conoce un mecanismo que podría tener elementos radiactivos segregados junto con hierro y níquel. Algunos científicos creen que dicho surtidor térmico puede ser el crecimiento permanente del núcleo, y en este escenario el calor puede provenir de la energía potencial de las partículas pesadas de sedimentación en el campo gravitatorio, pero es poco factible que haya perdurado por varios miles de millones en años (4).
Una idea alternativa ha sido propuesta por J.M. Herndon, sugiriendo que el campo magnético planetario se produce en gran medida por corrientes eléctricas generadas por fisión nuclear autosostenible en un subnúcleo de uranio (y torio) al centro de la Tierra, y que tendría una densidad de hasta 26 g/cm3 (5), pero la existencia de dicha zona es totalmente hipotética.
Considerando su creencia en la generación de campos magnéticos por flujos convectivos de hierro líquido y eléctricamente conductibles en el núcleo de un planeta, los expertos se sorprendieron por el descubrimiento de que Luna y Mercurio tenían campos sustanciales, pues se cree que el centro de la primera es completamente sólido y casi compacto en el caso de Mercurio. Venus poseería un núcleo totalmente líquido y se esperaba de ella un fuerte campo magnético, pero no se observó nada significativo ni autogenerado al respecto. Se cree que los entornos homónimos de Júpiter y Saturno son producidos por corrientes eléctricas dentro de una capa de hidrógeno metálico-líquido en el interior de ambos, mientras que los de Neptuno y Urano se conciben en sus mantos líquidos sobrecalentados, pero todo lo anterior representa sólo conjeturas (6). Es evidente que la teoría actual de dínamo no puede explicar los campos magnéticos percibidos en torno a algunos asteroides, y así los considerandos alternativos sobre el tema se exponen en la sección 4, Parte B.
Referencias
1. E. Dormy, J.-P. Valet y V. Courtillot, "Numerical models of the geodynamo and observational constraints", Geochemistry, Geophysics, Geosystems, v. 1, informe n° 2000GC000062, 2000 (onlinelibrary.wiley.com).
2. S. Bowler, "A simple model for planets’ magnetic fields?", New Scientist, 16 de junio de 1990, p. 32.
3. Joseph H. Cater, The Ultimate Reality, Pomeroy, WA: Health Research, 1998, p. 163.
4. Vladimir N. Larin, Hydridic Earth, Calgary, Alberta: Polar Publishing, 1993, p. 199-200.
5. J.M. Herndon, "Substructure of the inner core of the earth", Proc. Natl. Acad. Sci. USA, v. 93, enero de 1996, p. 646-8.
6. Andrew Dominic Fortes, "Magnetic fields of the planets", 1997, ucl.ac.uk; W.R. Corliss (comp.), The Moon and the Planets, Glen Arm, MD: Sourcebook Project, 1985, p. 185-8.