Huellas dactilares acústicas: investigadores del MIT investigan el subsuelo de la Tierra a través del sonido

por Liam O'Connor
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Geological Acoustics

Las grietas y vacíos que impregnan las rocas, que se extienden desde la corteza terrestre hasta su manto fundido, sirven como conductos y espacios que pueden propagar ondas sonoras.

Los científicos del MIT han descubierto que las señales auditivas que emanan de debajo de la superficie de la Tierra sirven como indicadores de la estabilidad de las formaciones geológicas.

Si uno pudiera descender a través de la corteza terrestre, probablemente se escucharía una sinfonía de sonidos explosivos y crepitantes. Estos ruidos resultan de los canales, huecos e imperfecciones de las rocas que actúan de forma similar a cuerdas resonantes cuando se someten a presión y tensión. Un equipo de investigación geológica del MIT ha descubierto que la frecuencia y el ritmo de estos sonidos pueden ofrecer información sobre las cualidades geológicas, como la profundidad y la fuerza, de las rocas circundantes.

Matěj Peč, geólogo del MIT, señala: “A medida que se profundiza en la Tierra, los sonidos resonantes de las rocas aumentan gradualmente de tono”.

Peč y su equipo están centrando su investigación en escuchar estos sonidos geológicos para identificar cualquier firma acústica consistente que surja bajo diferentes condiciones de presión. Sus experimentos de laboratorio han demostrado que las muestras de mármol emiten ruidos de baja frecuencia a bajas presiones y una serie de crujidos de mayor frecuencia cuando se someten a presiones elevadas.

Utilización práctica

Según Peč, comprender el comportamiento sonoro de las rocas puede ayudar a los científicos a evaluar las variedades de fracturas y fisuras que sufre la corteza terrestre a diferentes profundidades. Esta información se puede utilizar para identificar regiones subterráneas propensas a desastres naturales como terremotos y erupciones volcánicas. Los hallazgos, publicados en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias el 9 de octubre, también tienen potencial para ayudar en la perforación de energía geotérmica.

Peč, que se desempeña como profesor asistente en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT, dice: “Si pretendemos explotar reservas geotérmicas de alta temperatura, debemos comprender cómo perforar rocas que no sean ni completamente frágiles ni completamente dúctiles. "

Transformaciones estructurales

Las rocas cercanas a la superficie de la Tierra son generalmente frágiles y se fracturan fácilmente, mientras que las rocas a mayores profundidades son más maleables debido al intenso calor y presión a las que están expuestas. La corteza terrestre es sólo una fracción del diámetro total del planeta y varía significativamente en su estabilidad estructural. No se comprende bien el punto en el que las rocas pasan de ser frágiles a dúctiles, caracterizado por atributos de ambos tipos, pero se cree que es el punto donde las rocas alcanzan su máxima resistencia dentro de la corteza.

Matěj Peč señala: "El estado de las rocas, que son parcialmente frágiles y parcialmente dúctiles, es particularmente significativo porque es allí donde creemos que la litosfera es más fuerte y donde se originan los grandes terremotos".

Técnicas y hallazgos avanzados

Para comprender la composición estructural de las rocas en función de sus defectos microscópicos, los investigadores del MIT utilizaron tecnología de ultrasonido. Este enfoque les permite medir el tamaño, la densidad y la distribución de imperfecciones como grietas microscópicas y huecos en las rocas, lo que a su vez indica qué tan frágil o dúctil puede ser una roca.

Utilizando métodos de ultrasonido similares a los empleados por los sismólogos, pero a frecuencias mucho más altas, pudieron comprender mejor las deformaciones que ocurren en las rocas a escala microscópica.

En sus pruebas de laboratorio, el equipo utilizó cilindros de mármol de Carrara, un material bien caracterizado. Estos cilindros estaban colocados en un dispositivo fabricado con pistones de aluminio, circonio y acero capaces de generar una presión extrema. Los investigadores descubrieron que las emisiones acústicas de las rocas variaban ampliamente según las condiciones de presión, lo que les ayudó a comprender las complejidades de las formaciones geológicas y sus riesgos asociados.

"Por primera vez hemos podido registrar los sonidos que producen las rocas a lo largo de esta transición de frágil a dúctil, revelando complejidades sorprendentes en su comportamiento", afirma Peč.

Su investigación podría ofrecer información sobre el comportamiento geológico de la Tierra a diferentes profundidades, lo que afectaría el comportamiento de las rocas durante un terremoto o una erupción volcánica.

Referencia: “Dinámica de defectos microscópicos durante una transición frágil a dúctil” por Hoagy O'Ghaffari, Matěj Peč, Tushar Mittal, Ulrich Mok, Hilary Chang y Brian Evans, publicado en Actas de la Academia Nacional de Ciencias el 9 de octubre de 2023 .
DOI: 10.1073/pnas.2305667120

El apoyo financiero para esta investigación fue proporcionado parcialmente por la Fundación Nacional de Ciencias.

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre acústica geológica

¿Cuál es el enfoque principal de la investigación del MIT mencionada en el texto?

El objetivo principal de la investigación del MIT es utilizar ondas sonoras para investigar el subsuelo de la Tierra, particularmente para comprender cómo los patrones acústicos en las rocas pueden proporcionar información sobre la estabilidad y profundidad geológica.

¿Qué aplicaciones prácticas están asociadas con esta investigación?

Esta investigación tiene aplicaciones prácticas en la evaluación de riesgos de terremotos mediante la identificación de regiones geológicas inestables debajo de la superficie de la Tierra. Además, puede ayudar en la perforación de fuentes de energía geotérmica.

¿Cómo estudian los investigadores los defectos microscópicos de las rocas?

Los investigadores emplean tecnología de ultrasonido para estudiar los defectos microscópicos de las rocas. Este método les permite evaluar el tamaño, la densidad y la distribución de imperfecciones, como grietas y huecos microscópicos, lo que, a su vez, informa sobre la fragilidad o ductilidad de la roca.

¿Cuál es el significado de la transición del comportamiento frágil al dúctil en las rocas?

La transición del comportamiento frágil al dúctil en las rocas es crucial porque se cree que es el punto donde las rocas alcanzan su máxima resistencia dentro de la corteza terrestre. Comprender esta transición puede ayudar a predecir el comportamiento de los terremotos y las erupciones volcánicas.

¿Qué tipo de rocas utilizaron los investigadores en sus experimentos?

Los investigadores utilizaron cilindros de mármol de Carrara en sus experimentos. Se eligió este material por sus propiedades bien caracterizadas, que lo hacen adecuado para estudiar las emisiones acústicas en diversas condiciones de presión.

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