La ciencia que estudia la erupción de un volcán: así trabajan los geólogos en España.

ARTÍCULO ORIGINAL: Newtral, por Elena Turrión

Después de más de una semana en la que se detectaron miles de seísmos en La Palma, el domingo 19 de septiembre comenzó una erupción volcánica al norte de la Cumbre Vieja de esta isla canaria. El fenómeno se produjo en una zona no densamente poblada, pero las autoridades han evacuado a unos cinco mil vecinos por precaución ante el avance de la lava.

Puede ser una imagen de fuego y al aire libre

Las acciones de prevención y seguridad llevadas a cabo hasta el momento, que han evitado daños personales según el Gobierno de Canarias, han sido posibles gracias al trabajo que lleva realizando la comunidad científica desde hace años.

En España, organismos como el Instituto Geográfico Nacional (IGN), el Instituto Geológico y Minero (IGME), el Instituto Volcanológico de Canarias (Involcan) y el CSIC vigilan la actividad geológica del país para mejorar los pronósticos de cómo, dónde y cuándo pueden tener lugar las erupciones volcánicas. El presidente del Gobierno, Pedro Sánchez, ha puesto en valor en rueda de prensa el papel de la ciencia, porque ha sido “fundamental” para la anticipación y la respuesta ante la situación de emergencia.

Técnicas de vigilancia volcánica. Instituto Geográfico Nacional (IGN).

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Los seísmos, una señal que anticipa una posible erupción volcánica

Al no ser un país con una gran actividad volcánica, la labor de los científicos de estas instituciones suele ser desconocida y a veces “ignorada”, pero es clave para actuar rápido y de manera coordinada en emergencias como la que vive La Palma, según destaca a Newtral.es el geólogo Nahum Méndez Chazarra, autor del libro “Un Geólogo en Apuros”.

En España la vigilancia de volcanes es constante y se hace midiendo instrumentalmente la actividad sísmica del país, la deformación del suelo, la emisión de gases y temperaturas poco habituales. 

M.ª de los Ángeles Llinares, Ramón Ortiz, José Manuel Marrero. Riesgo volcánico. Dirección General de Protección Civil y Emergencias, 2004.

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Entre los acontecimientos que anticipan una posible catástrofe natural están los seísmos. La Red Sísmica Nacional es la responsable de la detección e información de los movimientos sísmicos que afectan al territorio nacional. Actualmente, se registran unos 6.000 terremotos al año en España y zonas próximas, pero solamente 300 son sentidos por la población. 

El pasado 11 de septiembre comenzó una serie de seísmos que puso sobre aviso a los científicos de una posible erupción volcánica. “El magma se encuentra a una profundidad por debajo de los 10 kilómetros. Cuando hay una acumulación de magma que empuja hacia la superficie, la roca de la zona se rompe, se producen seísmos y se deforma el terreno”, explica a Newtral.es el vulcanólogo del IGN Stavros Meletlidis. 

El presidente del Colegio de Geólogos (ICOG), Manuel Regueiro, precisa en una nota de prensa remitida a Newtral.es que es imposible saber con antelación cuando se van a producir este tipo de erupciones, “pero si podemos detectar la actividad de la lava cuando produce pequeños terremotos y deducir que en un momento determinado puede producirse una erupción”. No obstante, el ICOG recuerda que en otras ocasiones se han producido enjambres sísmicos en la isla de La Palma sin que finalmente hubiera una erupción. “Lógicamente, si podemos advertir a la población local de que es posible que se produzca una erupción, podemos salvar muchas vidas”, continúa el presidente del Colegio de Geólogos, quien califica la gestión de esta crisis como “éxito de la ciencia española”.

Los equipos científicos que evalúan la zona a tiempo real

Además de revisar los datos de los sismómetros que miden las vibraciones del suelo, las muestras de agua y gas  y las imágenes por satélite, en los días previos a la erupción de La Palma se desplegó un equipo de investigadores en la zona con más instrumental para recopilar mayor información sobre esas primeras “señales anómalas”. Por ejemplo, los científicos de Involcan instalaron el 18 de septiembre un array sísmico -un conjunto de estaciones para detectar ondas sísmicas- en la zona de El Charco del volcán.

Estos datos permitieron conocer más sobre el riesgo de la erupción y las medidas a tomar en el caso de que se produjese. “Aunque no sabíamos el punto exacto en el que saldría el material volcánico, sí se barajó una zona amplia teniendo en cuenta la concentración de los seísmos y el abombamiento del terreno”, señala a Newtral.es Meletlidis. Según las autoridades canarias, a 20 de septiembre ya se ha alcanzado una deformación acumulada del suelo de 19 centímetros. 

¿Sabían los científicos que la erupción se daría en ese punto?

A partir de los datos obtenidos, el Cabildo de La Palma ha informado del posible recorrido que pueden adoptar las coladas de lava del volcán, pero son estimaciones y aún se desconoce cuánto durará la erupción o hasta dónde llegará el material volcánico, según aclara Meletlidis. “Dependiendo de la dinámica eruptiva, se irá monitoreando la velocidad de avance de las coladas de lava y su extensión. Se va a proceder a la monitorización diaria de la emisión de dióxido de azufre (SO2) procedente de los focos eruptivos mediante sensores ópticos remotos, montados en helicópteros. Esta metodología, unida a otras técnicas, nos permitirá estimar diariamente el volumen de magma emitido y la duración de la erupción”, informan desde el Gobierno de Canarias. El Ministerio para la Transición Ecológica también ha desplegado un avión en La Palma para el seguimiento de la actividad volcánica y el IGME ha enviado drones para obtener la vista aérea. 

Las recomendaciones de las autoridades y los científicos para La Palma

Como la salida del magma del volcán a la superficie se produce en tres formas -líquido (lavas), gases y proyección de fragmentos sólidos (piroclastos, de piros fuego y clasto fragmento)-, el Comité Científico enviado a La Palma ha recomendado un radio de exclusión de 2 km en torno a los centros de emisión para minimizar el riesgo de impacto de piroclastos y la exposición de gases. 

Las autoridades piden a los ciudadanos que no se acerquen a las coladas de lava por el riesgo de exponerse a los gases emitidos, posibles desprendimientos y las altas temperaturas.  “Mientras continúan las investigaciones, lo más importante es garantizar la seguridad de los vecinos de la zona”, informa a Newtral.es el vulcanólogo Stavros Meletlidis, quien pide “mantener la calma” e informarse siempre a través de fuentes oficiales sobre lo que está ocurriendo.

Fuentes:

¿Tienen sistema nervioso las plantas?

Científicos de las universidades de Salamanca y Nueva York presentan una solución al debate científico sobre la existencia de un sistema nervioso en las plantas.

El investigador de la USAL Sergio Miguel Tomé y el neurofisiólogo Rodolfo Llinás, de la Universidad de Nueva York, revisan los mecanismos de señales eléctricas en plantas y analizan el concepto de sistema nervioso ofreciendo sustanciales conclusiones. Plant Signaling & Behavior publica el trabajo de Miguel y Llinás donde presentan una nueva definición del concepto de sistema nervioso que evita la exclusión a priori del reino vegetal.

En una entrevista a Radio USAL, Sergio ha comentado este estudio, en el que los autores sugieren una nueva definición de sistema nervioso que emplee un criterio fisiológico y no filogenético. De hecho muchos científicos están proponiendo un nuevo campo de estudio sobre la neurobiología de plantas.

La definición de ‘sistema nervioso’ recogida en los diccionarios o libros de texto actuales determina que se trata de un sistema biológico que poseen únicamente los animales. En este contexto, Plant Signaling & Behavior acaba de publicar un estudio de Sergio Miguel Tomé, investigador de la Universidad de Salamanca, y Rodolfo Llinás, reputado catedrático de la Escuela de Medicina de la Universidad de Nueva York, en el que, motivados por el debate científico sobre la existencia de un sistema nervioso en organismos del reino vegetal, realizan una detallada revisión sobre los mecanismos para la generación, transmisión y procesamiento de señales eléctricas empleados por las plantas junto a un profundo análisis del concepto actual de sistema nervioso.

Entre las propuestas que ofrece el trabajo, titulado “Broadening the definition of a nervous system to better understand the evolution of plants and animals” y en el que los científicos recogen sustanciales conclusiones, los autores sugieren una nueva definición de sistema nervioso que emplee un criterio fisiológico -en vez de filogenético- que ofrecería importantes ventajas para la biología evolutiva.

En este sentido, los investigadores no consideran que se pueda afirmar que las plantas tengan un sistema nervioso como el de los animales, ya que habría importantes diferencias si se comparan únicamente las características morfológicas de las células que envían las señales eléctricas en ambos. No obstante, también concluyen que “la definición actual de sistema nervioso basada en un criterio filogenético tiene importantes limitaciones al estudiar procesos evolutivos en los sistemas de señales de los seres vivos”, explica Sergio Miguel Tomé.

En palabras del doctor Miguel, el uso de un criterio filogenético para definir el sistema nervioso es “una anomalía” ya que para otros sistemas biológicos se usan criterios fisiológicos. Para el joven científico de la USAL lo importante para la definición debería ser “la función que lleva a cabo el sistema”, como sucede, por ejemplo, en el sistema respiratorio o el reproductivo. Se puede discutir sobre “los sistemas respiratorios de especies muy alejadas filogenéticamente y cuyos sistemas respiratorios tienen enormes diferencias sin problema”, remarca, pero con el sistema nervioso “no es posible hacerlo porque la definición es filogenética, es decir, por definición solo los animales tienen sistema nervioso”.

Procesos fotoquímicos dentro de las partículas atmosféricas.

Investigadores del Paul Scherrer Institute (PSI) de Suiza, junto con colegas de ETH Zurich y TROPOS, han llevado a cabo un proyecto que buscaba observar procesos fotoquímicos dentro de las partículas atmosféricas y encontrar el efecto de la difusión en la evolución química de estas partículas. Al hacerlo, descubrieron que ciertos radicales son producidos en las partículas atmosféricas, los cuales son preservados dentro las mismas en condiciones atmosféricas cotidianas. Estos radicales pueden ser dañinos para la salud humana. Pablo Corral Arroyo y Peter Alpert, autores de este trabajo, informan sobre sus resultados en la revista Nature Communications. [DESCARGAR PDF]

Pablo Corral Arroyo, uno de los autores de este artículo, es antiguo estudiante de química de la Universidad de Salamanca (promoción 2009-2014) y para nosotros es un enorme orgullo difundir su investigación.

La atmósfera contiene muchas partículas minúsculas en suspensión en el aire que pueden representar un peligro para la salud humana. Las partículas llegan al aire de fuentes naturales como bosques o volcanes. Pero las actividades humanas pueden elevar las concentraciones, alcanzando un nivel crítico y dando lugar a eventos de contaminación atmosférica extrema. Cuantas más partículas floten en el aire, mayor es el riesgo para la salud humana. Las partículas, con un diámetro máximo de diez micrómetros, pueden penetrar profundamente en el tejido pulmonar y ahí ser atrapadas. Estas partículas contienen especies reactivas de oxígeno, también llamadas radicales de oxígeno (ROs), que pueden dañar las células de los pulmones. A parte de transportar ROs a los pulmones, las partículas también tienen la capacidad de generar ROs una vez dentro de los éstos porque contienen sustancias que reaccionan con oxígeno, como cobre o hierro. Estos ROs reaccionan con los ácidos grasos insaturados del cuerpo, que luego ya no pueden servir como bloques de construcción para las células. Los médicos atribuyen neumonía, asma y varias otras enfermedades respiratorias a estos procesos. Incluso el cáncer podría desencadenarse, ya que las ROs también pueden dañar el ADN del material genético.

Desde hace tiempo se sabe que ciertas especies reactivas de oxígeno ya están presentes en partículas en la atmósfera, y que ingresan a nuestro cuerpo (como los ROs) a través del aire que respiramos. Estudios anteriores han analizado las partículas de aerosol con espectrómetros de masas para determinar su composición, pero eso no le da ninguna información sobre la estructura interna de las partículas individuales y lo que está sucediendo dentro de ellas.

En este proyecto los investigadores de Paul Scherrer Institute utilizaron una microscopía de rayos X para observar detalladamente la evolución química de las partículas de aerosol cuando se producen reacciones fotoquímicas dentro de las mismas: “Utilizamos luz del sincrotrón de Paul Scherrer Institute (Swiss Light Source, SLS) para obtener imágenes de partículas mientras transcurrían dentro de ellas reacciones fotoquímicas. No solo pudimos ver esas partículas con una resolución de menos de un micrómetro, sino incluso determinar la evolución de la composición química dentro de las mismas. Utilizamos un reactor desarrollado en nuestro grupo, en el que se pueden simular condiciones ambientales atmosféricas. Puede regular con precisión la temperatura, la humedad y la exposición al gas, y tiene una fuente de luz LED ultravioleta que representa la radiación solar.” explica Pablo Corral Arroyo. Los investigadores examinaron partículas que contienen componentes orgánicos y hierro. En la atmósfera, estos componentes se combinan para formar complejos de hierro, que reaccionan por medio de luz solar, produciendo radicales orgánicos o radicales de carbono (RCs), que a su vez producen ROs cuando hay oxígeno disponible.

Imaged photochemical and oxidative cycling of iron(III)-citrate (FeIIICit) inside single aerosol particles.

Las partículas atmosféricas pueden ser muy viscosas, como un chicle o incluso como una piedra, o líquidas como el agua, dependiendo de su composición y de las condiciones atmosféricas (temperatura y humedad). Por esta razón, la difusión de oxígeno y de ROs a través de ellas puede llegar a ser muy lenta. Los investigadores de Paul Scherrer Institute encontraron que en un día húmedo (partículas no son viscosas), una gran proporción de estos ROs difundiría fuera de las partículas al aire. En ese caso, ya no representa un peligro adicional si inhalamos las partículas, que contienen menos ROs. “Sin embargo, en un día seco, cuando las partículas son viscosas, estos radicales se acumulan dentro de las partículas y consumen todo el oxígeno disponible en segundos y los ROs y RCs permanezcan atrapados en la partícula”, puntualiza Peter Alpert, “Cuando estas partículas entran en los pulmones se encuentran con condiciones de humedad alta, por lo que los ROs acumulados pueden ser liberados y los RCs pueden reaccionar con el oxígeno, que rápidamente difunde dentro de las partículas, produciendo más ROs, los que a su vez también son liberados.”

En su estudio en Nature Communications indican que las concentraciones más altas de ROs y RCs se forman a través de la interacción del hierro y los compuestos orgánicos en las condiciones climáticas usuales: por debajo del 60 % de humedad y temperaturas alrededor de los 20 °C, también condiciones típicas de las zonas de interior. “Como hemos determinado ahora, estas fuentes de radicales conocidas pueden reforzarse significativamente en condiciones diarias completamente normales”, remarcan los autores “Aproximadamente una de cada veinte partículas es orgánica y contiene hierro.”

Estas reacciones no están limitadas a complejos de hierro. “Sospechamos que estos procesos ocurren con otras especies con actividad fotoquímica presentes en partículas atmosféricas. Quinonas, imidazoles u otros complejos de metales son otras especies que podrían reaccionar de esta forma”, concluye Pablo Corral Arroyo.

Publicación original:

“Photolytic Radical Persistence due to Anoxia in Viscous Aerosol Particles” Peter A. Alpert, Jing Dou, Pablo Corral Arroyo, Frederic Schneider, Jacinta Xto, Beiping Luo, Thomas Peter, Thomas Huthwelker, Camelia N. Borca, Katja D. Henzler, Thomas Schaefer, Hartmut Herrmann, Jörg Raabe, Benjamin Watts, Ulrich K. Krieger, Markus Ammann. Nature Communications, 12, 1769 (2021)

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-021-21913-x

Origen de la Anomalía Magnética de Salamanca.

Laura Yenes, Puy Ayarza, Pablo Calvín, Alberto Santamaría Barragán. Origen de la anomalía magnética de Salamanca : contribución de la formación Aldeatejada (PROTEROZOICO SUPERIOR) y de las pizarras ordovícicas. TIERRA Y TECNOLOGÍA, n. 57. ACCEDER AL ARTICULO

Investigadores del Departamento de Geología, Facultad de Ciencias de la Universidad de Salamanca, junto con el Instituto Geológico y Minero de España, Unidad de Zaragoza, han desarrollado un trabajo publicado en forma de artículo en la revista Tierra y tecnología donde se estudia la Anomalía Magnética de Salamanca (AMSA).

RESUMEN

La Anomalía Magnética de Salamanca (AMSA) presenta una amplitud y geometría que sugieren la existencia de una fuente localizada a poca profundidad y situada ligeramente al sureste de la propia ciudad. Su característica más llamativa es su polaridad inversa, que indica la existencia de rocas con una magnetización remanente adquirida durante un cron de polaridad inversa.

Se han estudiado dos litologías que son potencialmente portadoras de una magnetización remanente natural (NRM) compatible con dicha anomalía: las Pizarras de Aldeatejada (Neoproterozoico) y las Pizarras del Ordovícico Medio, ambas aflorando en el flanco sur del Sinclinal de Salamanca. Los estudios realizados incluyen microscopía óptica, desmagnetización de la NRM por campos alternos, curvas termomagnéticas y desmagnetización térmica de la magnetización remanente isotérmica (IRM) adquirida a lo largo de tres ejes.

Los resultados muestran que las Pizarras de Aldeatejada presentan una NRM lo suficientemente intensa para generar una anomalía magnética. Sin embargo, es de polaridad normal, compatible con el campo magnético terrestre actual y, por lo tanto, no debe contribuir a la generación de la AMSA, de polaridad inversa. Por el contrario, las Pizarras Ordovícicas muestran una NRM de polaridad inversa compatible con la AMSA, pero poco intensa. Si estas últimas continúan hacia el este, por debajo de la ciudad de Salamanca, y la intensidad de su NRM aumenta, podrían ser la fuente de la anomalía.

El Gato de Cheshire cuántico.

Desde sus inicios, la teoría cuántica ha revelado fenómenos extraordinarios y contraintuitivos, como la dualidad onda-partícula, los gatos de Schrödinger y la no localidad cuántica. Otro fenómeno paradójico hallado en el marco de la mecánica cuántica es el “gato de Cheshire cuántico”: si un sistema cuántico se somete a una determinada preselección y postselección, puede comportarse como si una partícula y su propiedad estuvieran separadas espacialmente.

El fenómeno recibe el nombre del enigmático felino del cuento de “Alicia en el país de las maravillas”, que se desvanece dejando su sonrisa flotando en el aire.

Denkmayr, T., Geppert, H., Sponar, S. et al. Observation of a quantum Cheshire Cat in a matter-wave interferometer experimentNat Commun 5, 4492 (2014). https://doi.org/10.1038/ncomms5492. DESCARGAR PDF

Para su hazaña, que describen en la revista especializada Nature Communications, los investigadores tomaron un haz de neutrones y los separaron de sus momentos magnéticos, como cuando los pasajeros se separan brevemente de su equipaje en el control de seguridad de los aeropuertos.

Y el mismo truco de separación podría en principio realizarse con cualquier propiedad de cualquier objeto cuántico, aseguran sus creadores, científicos de la Universidad de Tecnología de Viena, Austria.

Se ha sugerido emplear mediciones débiles para explorar la naturaleza del Gato de Cheshire. Aquí informamos de un experimento en el que envían neutrones a través de un interferómetro de cristal de silicio perfecto y se realizan mediciones débiles para sondear la ubicación de la partícula y su momento magnético. Los resultados experimentales sugieren que el sistema se comporta como si los neutrones atravesaran una trayectoria del haz, mientras que su momento magnético viaja por la otra.

En la clásica historia para niños de Lewis Carroll, el Gato de Cheshire desaparece lentamente del cielo y deja solamente su sonrisa pícara. Ante esto, Alicia exclama: “He visto a menudo un gato sin sonrisa, pero no una sonrisa sin gato. ¡Es la cosa más curiosa que he visto en mi vida!”

La idea de un “Gato de Cheshire cuántico” fue propuesta por primera vez en 2010 por Jeff Tollasksen, de la Universidad de Chapman, en Estados Unidos, uno de los autores de este nuevo trabajo.

El gato (el neutrón) va por el camino de arriba, y su sonrisa (el momento magnético) va por el de abajo.

En el mundo que conocemos, un objeto y sus propiedades siempre van juntos. Una pelota que gira, por ejemplo, no puede separarse de su rotación. La teoría cuántica predice que una partícula (como un fotón o un neutrón) puede separarse físicamente de una de sus propiedades, como su polarización o su momento magnético (la fuerza con la que se acopla a un campo magnético externo).

“Encontramos el gato en un lugar, y su sonrisa en otro”, explican los investigadores. La analogía felina es un guiño al gato de Schrodinger – el experimento imaginario en el que, dentro de una caja, un gato está muerto y vivo al mismo tiempo, ilustrando un fenómeno cuántico conocido como superposición.

La precisión del gato cuántico

Para probar que el Gato de Cheshire no es sólo una teoría simpática, los científicos usaron una máquina llamada interferómetro en el Instituto Laue-Langevin (ILL) en Grenoble, Francia.

Allí hicieron pasar un haz de neutrones por un cristal de silicona dirigiéndolo en dos caminos diferentes, como los pasajeros y sus maletas en el control de los aeropuertos. Al aplicar filtros y una técnica conocida como “post selección” pudieron detectar la separación física de los neutrones de sus momentos magnéticos. “El sistema se comporta como si los neutrones fueran por un camino, mientras sus momentos magnéticos viajan por el otro”, detallaron los expertos.

Pero para poder ver este Gato de Cheshire se requiere lo que los físicos cuánticos llaman una “medición débil”, en la que interactúan con un sistema muy suavemente para evitar que colapse de su estado cuántico a uno clásico. Sus delicados aparatos pueden tener aplicaciones útiles para la metrología de alta precisión, dicen los autores. “Por ejemplo, uno podría imaginar una situación en la que el momento magnético de una partícula eclipsa a otra de las propiedades de la partícula que uno quiere medir con mucha precisión”.

“El efecto del Gato de Cheshire puede dar lugar a una tecnología que permita separar el momento magnético no deseado a una región donde no cause perturbación a la medición de alta precisión de la otra propiedad”, dicen los creadores del enigmático gato cuántico.


FUENTE: BBC News. James Morgan