Descifrando el código de las señales previas a un terremoto.

Descifrando el código de las señales previas a un terremoto.

Por :Daniel G. Furones

Unos de los riesgos naturales mas temidos son los terremotos debido a que parecen golpear sin previo aviso. Desde antiguo se conocen señales premonitorias de los seísmos, que con las técnicas modernas se han convertido en señales ciertas de éstos.

por Friedemann Freund
Investigador Principal del Instituto SETI

Nuestra Tierra es un planeta inquieto. En ocasiones –bastante a menudo en algunas regiones–, esa inquietud se vuelve mortal. De todos los riesgos naturales, los terremotos son los más temidos. Y son temidos porque parecen golpear sin previo aviso. Sin embargo, durante siglos, incluso durante milenios, la gente que ha vivido en regiones con actividad sísmica ha percibido señales premonitorias. Los registros históricos hablan de cambios en el nivel del agua de los pozos, tiempo atmosférico extraño, niebla cubriendo el suelo, o comportamientos inusuales de animales (tanto domésticos como salvajes) que parecen sentir la cercanía de un fuerte terremoto. Con la llegada de la ciencia y las tecnologías modernas, la lista de señales premonitorias no ha hecho más que ampliarse. Entre ellas se encuentran: emisiones esporádicas de radiación electromagnética de frecuencia baja a ultra baja procedente del suelo; anomalías ocasionales del campo magnético a nivel local que llegan a alcanzar intensidades de hasta un 0,5 % del campo bipolar principal de la Tierra; cambios en la baja atmósfera acompañados por la formación de bruma y una reducción de la humedad del aire; grandes extensiones de terreno –a menudo de decenas o cientos de miles de kilómetros cuadrados– en las que, de acuerdo con las imágenes nocturnas de infrarrojos captadas por satélites, la temperatura superficial de la tierra parece fluctuar rápidamente; breves perturbaciones en la ionosfera a una altitud de entre 90 y 120 km, que afectan a la transmisión de las ondas de radio.

Descifrar estas señales y aprender a “leerlas” ha sido siempre una fuente de gran frustración. Muchos sismólogos han perdido la esperanza de que algún día se pueda predecir un terremoto más allá de las probabilidades estadísticas, que implican incertidumbres de años, incluso décadas. Algunos sismólogos han afirmado categóricamente que, debido a su naturaleza caótica, los terremotos son absolutamente impredecibles.

Sin embargo, teniendo en cuenta los numerosos indicios, tanto modernos como históricamente bien sustentados, de que efectivamente la Tierra emite señales premonitorias, los negativistas no deberían desalentarnos. Quizás todavía no comprendamos suficientemente bien la naturaleza de los terremotos y la física de las señales que emite la Tierra.

Hace algunas décadas, me interesé por este desafiante tema. Mis primeros trabajos me habían conducido hacia el estudio de los procesos físicos y químicos que tienen lugar en el interior de los cristales, en la matriz de los minerales con calidad de gemas, lo que podía arrojar luz sobre el origen de la vida. Durante esa época, me encontré con una reacción peculiar que aparentemente nadie había advertido antes y por la que casi nadie parecía preocuparse. Esta reacción implica la incorporación de pequeñas cantidades de agua, H2O, siempre que un mineral cristaliza entre un magma cargado de H2O o cualquier otro medio a alta temperatura y cargado de H2O en las profundidades de la corteza o el manto terrestre. Todos estos minerales, incluso aquellos que nominalmente no contienen “agua” como parte de su estructura cristalográfica, disuelven estructuralmente algo de H2O en forma de hidroxilo, típicamente Si-OH, y una gran parte en forma de pares hidroxilo, Si-OH HO-Si.

A mediados de la década de 1970, mucho antes de que me interesara por el origen de la vida o por los fenómenos previos a un terremoto, había descubierto que los pares hidroxilo experimentan una reacción muy poco habitual en el interior de los cristales. Los dos oxígenos y los dos hidrógenos se disputan los electrones que comparten, y los hidrógenos ganan. Cada uno de ellos le quita un electrón al oxígeno correspondiente y se convierte en una molécula de hidrógeno, H2. A su vez, los oxígenos se unen formando lo que los químicos denominan un enlace peróxido: Si-OO-Si. Durante años no había pensado demasiado sobre este descubrimiento, pero de alguna manera me persiguió y finalmente me atrajo hacia el campo de la geofísica y el estudio de las señales premonitorias que la Tierra envía antes de un gran terremoto.

Rocas eléctricas

Normalmente pensamos en las rocas como materiales aislantes, es decir, muy poco conductores de la corriente eléctrica. Sin embargo, en aquellas rocas cuyos minerales contienen enlaces peróxido, una bomba de relojería está haciendo tic-tac. Cuando estas rocas son sometidas a tensiones, los enlaces peróxido se rompen y repentinamente aparecen transportadores de carga eléctrica móvil, llamados electrones desapareados, que se encuentran en la capa de valencia de los minerales constituyentes y se mueven por ella. Estos transportadores cargados también reciben el nombre de huecos positivos u orbitales p vacíos. Echando la vista a los 30 años transcurridos desde el descubrimiento, me sorprende ver que siempre he terminado por volver a estos extraños y escurridizos transportadores de carga. Intenté comprender su naturaleza y predecir su comportamiento. El avance definitivo llegó cuando me di cuenta que estos orbitales p podrían ser activados por tensiones. Esto me condujo directamente al estudio de los fenómenos relacionados con los terremotos.

Todavía me llevó varios años y algunos comienzos desacertados hasta que fui capaz de concebir un experimento que fuera increíblemente simple y, al mismo tiempo, lleno de sorpresas. Junto con mis colaboradores, el Dr. Akihiro Takeuchi y el Dr. Bobby Lau, había conectado en las terminaciones de un bloque de granito de 1,2 metros de largo dos electrodos de cobre para medir corrientes y un condensador en la parte superior para medir potenciales. Insertamos una terminación del bloque en una potente prensa, pero aislándola de los pistones. Entonces, comenzamos a apretar. Apretamos la roca muchas veces y registramos las corrientes que comenzaron a fluir de ambas terminaciones.

El experimento mostró que el volumen de roca sometido a tensión se convierte en una fuente de transportadores de carga electrónica, orbitales p vacíos y electrones. Dado que los orbitales p vacíos y los electrones fluyen en direcciones opuestas, algo importante debe estar ocurriendo en el enlace entre la roca sometida a estrés y la parte que no lo está. El enlace permite el paso de los huecos p, pero bloquea a los electrones. Por tanto, actúa como el diodo de un transistor. Obviamente, el granito no sometido a tensión es capaz de conducir los huecos p, lo que significa que se comporta como un semiconductor de tipo p. Los electrones pueden fluir desde el volumen de roca sometido a tensión sólo si hay una conexión de tipo n, en nuestro caso, el electrodo de cobre.

Lo siguiente que nos podemos preguntar es por cuánto tiempo pueden estas corrientes fluir si mantenemos la carga constante. Llevamos a cabo una prueba de tensión similar con gabro, otra roca ígnea. Manteniendo la carga constante durante 30 minutos, las dos corrientes fluyen sin prácticamente ninguna pérdida de intensidad. Incluso manteniendo la carga constante durante 12 horas, se producen reducciones de las corrientes de no más de un 15-20 %. Esto indica que, una vez activados, los huecos p y los electrones del volumen de roca sometido a tensión tienen un largo período de vida.

Aplicación a la predicción de terremotos.

¿Cómo podemos aplicar estos conocimientos a los terremotos y a aquellos procesos ocultos que tienen lugar en las profundidades de la corteza terrestre antes de que las tensiones tectónicas alcancen un nivel crítico en el que se produce la ruptura y el suelo comienza a agitarse? Aunque solamente nos encontramos al principio de un largo camino de descubrimientos que aún están por llegar, ya podemos aplicar alguna de nuestras conclusiones a la realidad geofísica.

En la figura 2 podemos observar un croquis de un modelo muy simplificado que representa una sección transversal de la corteza terrestre en la que las fuerzas tectónicas comienzan a actuar sobre un gran bloque de rocas duras y rígidas, quizás de entre 100 y 1000 km de ancho, 20 km de espesor, y entre 50 y 100 km en la dirección de la fuerza. A medida que la tensión aumenta por la izquierda, produce una deformación plástica que se propaga hacia la derecha. El volumen de roca sometido a deformación se convierte en fuente de huecos p y electrones. Los huecos p pueden fluir horizontalmente, mientras que los electrones pueden fluir sólo si consiguen conectar hacia zonas más profundas de la corteza, más calientes y, por lo tanto, porciones conductoras de tipo n.



En este modelo, obviamente no tuvimos en cuenta el papel del agua que rellena las fallas que diseccionan las profundidades de la corteza terrestre en todas las regiones con actividad tectónica. Las fallas rellenas de agua o salmuera introducirán complicaciones, pero, gracias a experimentos de laboratorio, ya sabemos que el agua puede cortocircuitar la conducción de huecos p a través de las rocas, aunque no la elimina por completo. Por lo tanto, podemos continuar con cautela y pronosticar algunas de las consecuencias de la activación de los huecos p en rocas que experimentan niveles de tensión siempre crecientes.

Una de esas consecuencias es que la corriente de huecos p que fluye horizontalmente a través de la corteza debería ir pareja a la corriente de electrones que fluye hacia abajo. La pareja es alimentada por sus respectivos campos eléctricos. Como resultado, es esperable que ambas corrientes fluctúen exactamente igual que las corrientes de electrones y huecos p en nuestros experimentos de laboratorio. Las corrientes fluctuantes son una fuente de radiación electromagnética (EM) de baja frecuencia. De esta manera, nuestro modelo, por muy simple que sea, apunta a la posibilidad de que las emisiones EM de baja frecuencia que a menudo han sido registradas antes de un terremoto procedan de corrientes que fluyen en las profundidades de la corteza terrestre. Las corrientes subterráneas pueden ser muy potentes. Por ejemplo, considerando las corrientes que fluyen hacia el exterior de la terminación sometida a presión del bloque de granito de nuestro experimento, podemos preguntarnos cómo sería la corriente que fluiría de un kilómetro cúbico de granito o de gabro de la corteza terrestre, siendo todas las demás condiciones iguales. La respuesta es un valor sorprendentemente enorme, entre 100 000 y 1 000 000 de amperios. Efectivamente, dado que enormes volúmenes de rocas –decenas de miles de kilómetros cúbicos– se encuentran bajo tensiones crecientes durante el transcurso de un gran terremoto, las corrientes subterráneas podrían ser enormes. Mirándolo desde una perspectiva diferente, podemos decir que, incluso si la mayoría de las corrientes generadas en el suelo son cortocircuitadas o canceladas por otros factores, aquellas que permanecen todavía podrían alcanzar valores impresionantemente elevados.

Perturbaciones atmosféricas.

Otro resultado de las corrientes subterráneas activadas por tensiones sería que algunos huecos p pueden alcanzar la superficie de la Tierra. Esto provocaría cambios en el potencial del suelo en un área extensa, haciéndolo más positivo con relación al terreno circundante. Esto tendría muchas consecuencias, de las que sólo quiero mencionar una. Aproximadamente entre los 90 y los 120 km sobre la superficie terrestre comienza la ionosfera, que está compuesta de plasma altamente dinámico con electrones e iones generados por el ataque diario de la radiación ultravioleta extrema procedente del Sol, el bombardeo del viento solar y los rayos cósmicos. Si la superficie terrestre que se encuentra debajo se vuelve cada vez más positiva, la capa de plasma reaccionará. Quizás la fuente de las bien documentadas perturbaciones ionosféricas previas a un terremoto se encuentre en la activación de los huecos p en las profundidades de la corteza terrestre y en sus efectos sobre la superficie de la Tierra.

Echando la vista atrás, es bastante sorprendente contemplar cómo una línea de investigación básica que, en sus inicios hace tres décadas, parecía no tener ninguna conexión con el origen de la vida y los terremotos, se ha convertido en un tesoro al que nos han conducido perspicacias y descubrimientos. Ciertamente es muy pronto para decir que la predicción de terremotos está a la vuelta de la esquina. Sin embargo, confío en que el descubrimiento de los huecos p en las rocas y su activación por tensiones represente un paso crucial hacia el desciframiento del código de las múltiples señales que la Tierra nos envía antes de un terremoto.