El manto líquido no es líquido, o bueno, quizas un poco

29 05 2011

Uno de los primeros modelos geofísicos que aprenden la mayoría de las personas es que la Tierra esta constituida por 4 capas, el núcleo interno, el núcleo externo, el manto y la corteza. Creo que es en este momento que la noción que el manto es líquido, hecho de magma y que las placas tectónicas flotan como balsas sobre él hecha raíces en la gente. Confieso con un poco de pena que hasta que comencé a estudiar geofísica yo mantenía una imagen similar de como estaba constituida la Tierra.

No es que sea una grotesca mentira pero la realidad es más complicada y mucho más interesante. Porque si me permiten filosofar un poco, ¿Qué es o en donde termina lo líquido y comienza lo solido? En el caso del agua y el hielo esta bien claro, pero el chapopote, esa plasta viscosa utilizada para asfaltar las calles ¿es un líquido espeso o un sólido blando? La respuesta científica a esta pregunta es que la distinción entre fluido y sólido es solo de grado y hay en realidad un continuo entre lo muy fluido y lo muy sólido, esto es lo que mide una cantidad llamada viscosidad.

La viscosidad es una medida de la resistencia interna de un liquido al flujo, el agua es poco viscosa el aire aun menos, el dulce de leche es muy viscoso. Una de las preguntas recurrentes en geofísica que aun no tiene una respuesta final es ¿cuál es la viscosidad del manto? Si bien no tenemos la respuesta exacta porque el manto cambia con la profundidad y cambia lateralmente, es decir hay estructuras complejas en su interior, sabemos con razonable certeza que en promedio el manto tiene una viscosidad de unos 1021 Pa-s (Pascal segundos) mientras que el agua tiene una viscosidad de 10-3Pa-s esto es que el manto es un millón de millón de millones más viscoso que el agua. Asi es, el manto es muy, muy viscoso, pero no es completamente solido.

Esta viscosidad tan alta implica que en escalas de tiempo humanas, digamos de unos cuantos años, el manto se comporta como una roca, es solido, imbatible. Pero cuando uno comienza a mirar el comportamiento del manto en escalas de tiempo planetarias (miles de años o más) comienza a descubrir que este se comporta como un fluido. Es gracias a ello que existe la tectónica de placas.

El manto absorbe calor en su base producido por el núcleo (a 2,890km de profundidad) la roca al calentarse se expande, se vuelve menos densa, más ligera y comienza a ascender, al llegar a la superficie se enfría y forma la corteza rígida del planeta que se quiebra en varias partes como un vidrio caliente al tocar el agua fría y forma las placas tectónicas. Cuando se enfría lo suficiente la corteza se vuelve más densa, pesada y desciende de nuevo hacia las profundidades (estas son las zonas de subducción) calentándose mientras desciende reinciando el ciclo, este fenómeno es la convección y lo puede uno mirar al calentar cualquier líquido. El video a continuación muestra una simulación numérica de ello.

Completar un ciclo convectivo como este lleva cientos de miles de años. En estas escalas de tiempo el manto definitivamente es líquido. Pero de nuevo, en escalas humanas la historia es otra, si pudiéramos perforar un pozo hasta el contacto entre el manto y la corteza (a unos 30 km de profundidad y aun no lo hemos logrado) lo único que encontraríamos es una roca, dura, hecha de cristales verdes de olivino, pesada, muy bonita, llamada peridotita.

Esto no significa que no existan partes del manto superior que en verdad sí son líquidas, después de todo la lava que emerge de los volcanes tiene que venir de algún lado. Proviene del manto, de reservorios aislados llamados cámaras magmáticas que contienen roca que se ha fundido por la presencia de compuestos volátiles (comúnmente agua o dióxido de carbón) o por descompresión. Sin embargo, estas cisternas de roca fundida ocupan volúmenes reducidos del manto superior y de la corteza.

Entonces ¿que hay de esta historia que las placas tectónica son balsas que flotan sobre el manto? Bueno, en realidad sí lo son y sí flotan sobre un manto líquido, pero como he descrito, ni Matusalén hubiese vivido lo suficiente para observar este comportamiento fluido.

Como en muchos otros ámbitos de la ciencia, preguntas aparentemente simples entretejen niveles de complejidad imprevistos, es ello lo que vuelva a la investigación científica una experiencia placentera, en otra ocasión hablaremos del núcleo que es mucho más complicado que el manto. Está más lejos de nosotros, lo cual lo hace difícil de observar y además en él el magnetismo, que no tiene un gran efecto en el manto, juega un papel fundamental. Como dijo Henri Poincaré, “Si la naturaleza no fuera hermosa no valdría la pena comprendela y si no valiese la pena comprender la naturaleza no valdría la pena vivir la vida.”


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