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Cómo los geólogos del MIT están mapeando las capas ocultas de la Tierra

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Cómo los geólogos del MIT están mapeando las capas ocultas de la Tierra

Las grietas y poros que recorren las rocas, desde la corteza terrestre hasta el manto líquido, son como canales y cavidades a través de las cuales el sonido puede resonar.

Los científicos del MIT descubren que los sonidos bajo nuestros pies son huellas dactilares de la estabilidad de las rocas.

Si pudieras sumergirte a través de la corteza terrestre, podrías escuchar, con un oído atento, una cacofanía de estallidos y crujidos a lo largo del camino. Las grietas, poros y defectos que atraviesan las rocas son como cuerdas que resuenan cuando se presionan y tensan. Y como un equipo de MIT Los geólogos han descubierto que el ritmo y el ritmo de estos sonidos pueden informarle sobre la profundidad y la fuerza de las rocas que lo rodean.

“Si escucharas las rocas, cantarían cada vez más alto a medida que bajas”, dice Matěj Peč, geólogo del MIT.

Peč y sus colegas escuchan rocas para ver si surgen patrones acústicos, o “huellas dactilares”, cuando se las somete a diversas presiones. En estudios de laboratorio, han demostrado ahora que las muestras de mármol, cuando se someten a bajas presiones, emiten fuertes «estruendos», mientras que a presiones más altas las rocas generan una «avalancha» de crepitaciones más agudas.

Aplicaciones prácticas

Peč dice que estos patrones acústicos en las rocas pueden ayudar a los científicos a estimar los tipos de grietas, fisuras y otros defectos que la corteza terrestre experimenta en las profundidades, que luego pueden usar para identificar regiones inestables debajo de la superficie, donde existe potencial para terremotos o erupciones. . . Los resultados del equipo, publicados el 9 de octubre en el procedimientos de la Academia Nacional de CienciasTambién podría ayudar a informar los esfuerzos de los topógrafos para perforar en busca de energía geotérmica renovable.

«Si queremos explotar estas fuentes geotérmicas muy calientes, tendremos que aprender a perforar rocas que se encuentran en este estado mixto, donde no son puramente frágiles, sino que también fluyen un poco», dice Peč, quien Es profesor asistente en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT. «Pero en general, esta es una ciencia fundamental que puede ayudarnos a comprender dónde es más fuerte la litosfera».

Los colaboradores de Peč en el MIT son el autor principal e investigador Hoagy O. Ghaffari, el asociado técnico Ulrich Mok, la estudiante graduada Hilary Chang y el profesor emérito de geofísica Brian Evans. Tushar Mittal, coautor y ex becario postdoctoral de la EAPS, es ahora profesor asistente en la Universidad Penn State.

Fractura y flujo

La corteza terrestre a menudo se compara con la piel de una manzana. En su punto más grueso, la corteza puede tener 70 kilómetros (45 millas) de profundidad, una pequeña fracción del diámetro total del planeta de 12.700 kilómetros (7.900 millas). Y, sin embargo, las rocas que forman la delgada capa del planeta varían mucho en resistencia y estabilidad. Los geólogos infieren que las rocas cercanas a la superficie son frágiles y se fracturan fácilmente, en comparación con las rocas a mayores profundidades, donde las inmensas presiones y el calor del núcleo pueden hacer que las rocas se hunda.

El hecho de que las rocas sean frágiles en la superficie y más dúctiles en la profundidad implica que debe haber una fase intermedia, una fase en la que las rocas pasan de una a otra y pueden tener las propiedades de ambas, capaces de fracturarse como el granito y fluir. . como la miel. Esta «transición frágil-dúctil» no se comprende bien, aunque los geólogos creen que puede ser el lugar donde las rocas son más fuertes en la corteza.

“Este estado de transición, en parte fluido y en parte fracturado, es realmente importante, porque es allí donde creemos que se encuentra la fuerza máxima de la litosfera y donde se originan los mayores terremotos”, afirma Peč. «Pero no tenemos un buen manejo de este tipo de comportamiento de modo mixto».

Él y sus colegas estudian cómo la resistencia y la estabilidad de las rocas (ya sean frágiles, dúctiles o intermedias) varían, dependiendo de los defectos microscópicos de la roca. El tamaño, la densidad y la distribución de defectos como grietas microscópicas, fisuras y poros pueden determinar la fragilidad o ductilidad de una roca.

Pero medir defectos microscópicos en las rocas, en condiciones que simulan las diferentes presiones y profundidades de la Tierra, no es una tarea trivial. Por ejemplo, no existen técnicas de imágenes visuales que permitan a los científicos ver el interior de las rocas y mapear sus imperfecciones microscópicas. Entonces, el equipo recurrió al ultrasonido y a la idea de que cualquier onda sonora que pase a través de una roca debería rebotar, vibrar y reflejarse en grietas y hendiduras microscópicas, de maneras específicas que deberían revelar algo sobre la estructura de estos defectos.

Todas estas fallas también generan sus propios sonidos cuando se mueven bajo tensión. Por lo tanto, explorar activamente la roca y escucharla debería proporcionarles mucha información. Descubrieron que la idea debería funcionar con ondas ultrasónicas, en frecuencias de megahercios.

«Este tipo de método de ultrasonido es similar al que utilizan los sismólogos en la naturaleza, pero con frecuencias mucho más altas”, explica Peč. «Esto nos ayuda a comprender la física que ocurre a escala microscópica cuando estas rocas se deforman».

Una roca en un lugar difícil

En sus experimentos, el equipo probó cilindros de mármol de Carrara.

“Es el mismo material del que está hecho el David de Miguel Ángel”, señala Peč. «Es un material muy bien caracterizado y sabemos exactamente qué debe hacer».

El equipo colocó cada cilindro de mármol en un dispositivo similar a un tornillo de banco hecho de pistones de aluminio, circonio y acero, que juntos pueden generar tensiones extremas. Colocaron el tornillo de banco en una cámara presurizada y luego sometieron cada cilindro a presiones similares a las que experimentan las rocas de la corteza terrestre.

Mientras aplastaban lentamente cada roca, el equipo envió pulsos de ultrasonido a través de la parte superior de la muestra y registró el patrón acústico que salía por la parte inferior. Cuando los sensores no pulsaban, escuchaban emisiones acústicas naturales.

Descubrieron que en el extremo inferior del rango de presión, donde las rocas son débiles, el mármol en realidad formaba fracturas repentinas en respuesta, y las ondas sonoras sonaban como grandes explosiones de baja frecuencia. A presiones más altas, donde las rocas son más dúctiles, las ondas sonoras sonaban como un crujido más agudo. El equipo cree que estos crepitantes fueron producidos por defectos microscópicos llamados dislocaciones que luego se propagan y fluyen como una avalancha.

«Por primera vez hemos registrado los ‘ruidos’ que producen las rocas cuando se deforman durante esta transición frágil-dúctil, y relacionamos estos ruidos con los defectos microscópicos individuales que los causan», dice Peč. “Descubrimos que estos defectos cambiaron enormemente en tamaño y velocidad de propagación a medida que atravesaban esta transición. Es más complicado de lo que la gente pensaba.

Las caracterizaciones de las rocas y sus defectos a diferentes presiones realizadas por el equipo pueden ayudar a los científicos a estimar cómo se comporta la corteza terrestre a diferentes profundidades, por ejemplo, cómo las rocas podrían fracturarse durante un terremoto o cómo fluyen durante una erupción.

“Cuando las rocas se fracturan en parte y en parte fluyen, ¿cómo afecta eso al ciclo sísmico? ¿Y cómo afecta esto al movimiento del magma a través de una red de rocas? dijo Peč. “Estas son preguntas de mayor escala que pueden abordarse mediante investigaciones como ésta. »

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, 9 de octubre de 2023, procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
DOI: 10.1073/pnas.2305667120

Esta investigación fue financiada en parte por la Fundación Nacional de Ciencias.

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¿Cuándo despegarán los astronautas?

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¿Cuándo despegarán los astronautas?
  • La tripulación de Polaris Dawn intentará alcanzar alturas mayores que las alcanzadas por los humanos desde el programa Apolo de la NASA en la década de 1970 y también realizará la primera caminata espacial comercial.
  • El cohete Falcon 9 que transporta al Dragón está programado para despegar entre las 3:38 a.m. y las 7:09 a.m. ET del miércoles desde el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida.
  • «Falcon y Dragon permanecen sanos y la tripulación continúa lista para su misión de varios días a la órbita terrestre baja», dijo SpacX en las redes sociales.

Una cápsula de SpaceX que transporta a cuatro astronautas comerciales que esperan realizar una caminata espacial pionera no se lanzará hasta al menos el miércoles por la mañana.

La misión Polaris Dawn, un ambicioso viaje de cinco días a las regiones superiores de la órbita de la Tierra, estaba programada para despegar el martes antes de que una fuga de helio detectada obligara a posponerla, dijo SpaceX. dijo el lunes por la tarde en el sitio de redes sociales X.

Cuando la tripulación se lance a bordo de un SpaceX Dragon, será el segundo viaje al espacio para empresario multimillonario Jared Isaacman, quien financió la misión con la empresa de Elon Musk. Isaacman se aventuró previamente en órbita en 2021 a bordo de Inspiration4, la misión que se convirtió en el primer vuelo espacial orbital privado de la historia.

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Un cocodrilo y un tiburón se comieron una vaca marina prehistórica, revela un fósil

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Un cocodrilo y un tiburón se comieron una vaca marina prehistórica, revela un fósil

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Un raro fósil ha proporcionado información sobre lo que fue un día excepcionalmente desafortunado para una vaca marina prehistórica.

La especie ahora extinta de dugongo, un mamífero marino parecido al manatí, nadaba en el mar hace unos 15 millones de años cuando fue atacada por dos animales: un cocodrilo y un tiburón tigre. Este último dejó uno de sus dientes empalado en el cuerpo de la vaca marina.

Al analizar el fósil descubierto en Venezuela, los investigadores pudieron comprender cómo murió la vaca marina, que pertenecía a un grupo de animales extintos conocido como Culebrtherium.

Su estudiarpublicado el jueves en el Journal of Vertebrate Paleontology, captura un momento en el tiempo que ofrece una visión única del funcionamiento de la cadena alimentaria durante la época del Mioceno temprano y medio, hace entre 11,6 y 23 millones de años.

«Es extremadamente raro encontrar rastros de dos depredadores en un solo espécimen», dijo Aldo Benites-Palomino, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en el departamento de paleontología de la Universidad de Zurich, Suiza. “Esto muestra por qué deberíamos explorar fósiles en regiones tropicales como Venezuela. »

Los restos fosilizados (un cráneo parcial y 13 vértebras o columna vertebral) revelaron tres tipos de marcas de mordeduras. Su forma, profundidad y orientación sugerían que fueron creados por dos depredadores: un cocodrilo de tamaño pequeño a mediano y un tiburón tigre.

Según el estudio, la criatura parecida a un cocodrilo atacó primero, con los dientes enterrados profundamente en el hocico de la vaca marina, lo que sugiere que intentó agarrar esa parte de la cara del dugongo para asfixiarlo. Otras dos grandes incisiones curvas indican que el cocodrilo arrastró a la vaca marina, desgarrando su carne.

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Las rayas y cortes en el fósil sugieren que el cocodrilo realizó una «vuelta mortal», un comportamiento giratorio para someter a su presa que también se observa en las especies de cocodrilos existentes.

«Este tipo de marca sólo se produce al morder, en el que se realizan acciones posteriores de rasgar, rodar o agarrar», señalaron los autores del estudio.

Luego, el rinoceronte fue destrozado por un tiburón tigre, que tiene dientes estrechos y no dentados. Puede ser difícil diferenciar entre depredación activa y marcas de carroñero, pero según el estudio, las marcas de mordeduras en todo el cuerpo del rinoceronte y su distribución irregular, así como la variación en profundidad, sugirieron a los investigadores que este era el comportamiento de un carroñero. como un tiburón tigre.

Los científicos confirmaron la identidad del tiburón mediante el descubrimiento de un único diente alojado en el cuello de la vaca marina que pertenecía a una especie extinta de tiburón tigre, Galeocerdo aduncus.

“Tuve que trabajar como científico forense”, recuerda Benites-Palomino.

Sin embargo, el estudio señaló que, dada la naturaleza fragmentaria del esqueleto, no era posible descartar otros escenarios para la desaparición de la vaca marina.

Dean Lomax, paleontólogo de la Universidad de Bristol y de la Universidad de Manchester en el Reino Unido, que no participó en la investigación, dijo que estaba de acuerdo con los hallazgos del estudio, pero que era difícil distinguir entre el comportamiento carroñero y el comportamiento depredador activo. .

“Por ejemplo, puede que no sea descabellado pensar que el dugongo ya estaba muerto, que pudo haberse alejado flotando y estar hinchado, y luego fue devorado (recogido) por el cocodrilo y el tiburón en diferentes momentos”. dijo Lomax, el autor de “Bloqueados en el tiempo: el comportamiento animal revelado en 50 fósiles asombrosos”, por correo electrónico.

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“A menos que tengamos evidencia directa del dugongo dentro del cocodrilo (como última comida), o de que el cocodrilo y el dugongo mueran en medio del ataque, todavía es intrínsecamente raro decir al 100% si esto fue definitivamente el resultado de un ataque activo o no. que hurgar en la basura”, añadió Lomax.

En aquella época, las vacas marinas podían crecer hasta cinco metros de largo, dijo Benites-Palomino, y su tejido graso habría sido una buena fuente de alimento.

Hoy en día, los cocodrilos, las orcas y los tiburones se alimentan de dugongos y manatíes, principalmente de los jóvenes, porque los adultos son difíciles de matar debido a su tamaño. No está claro qué tipo de cocodrilo pudo haber atacado a la vaca marina. Podría haber sido una especie extinta de caimán o gavial, conocido por sus mocos largos y delgados, pero debió ser de gran tamaño, de 4 a 6 metros de largo.

“Hay varios candidatos. Sudamérica era entonces un paraíso para los cocodrilos”, añade Benites-Palomino.

Un granjero al sur de la ciudad de Coro, Venezuela, notó por primera vez los restos de la vaca marina en un lugar donde antes no se habían descubierto fósiles.

“Al principio no conocíamos la geología del sitio y los primeros fósiles que descubrimos fueron trozos de cráneos. Nos tomó algún tiempo determinar qué eran: cráneos de manatí, que tienen una apariencia bastante inusual”, dijo en un comunicado Marcelo Sánchez-Villagra, coautor del estudio, profesor de paleobiología y director del Instituto y Museo Paleontológico de. la Universidad de Zúrich.

Benites-Palomino dijo que el raro hallazgo demuestra la importancia de la búsqueda de fósiles en América del Sur «no clásica».

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“Hemos estado visitando los mismos sitios de fósiles en América del Norte y China durante mucho tiempo, pero cada vez que trabajamos en estas nuevas áreas, encontramos constantemente nuevos fósiles. »

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Huellas de dinosaurios idénticas descubiertas en dos continentes

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Huellas de dinosaurios idénticas descubiertas en dos continentes

A ambos lados del océano Atlántico, a más de 6.000 kilómetros de distancia, investigadores han descubierto huellas dejadas por dinosaurios que pudieron haber vagado desde África hasta América del Sur cuando los continentes estaban unidos en un supercontinente.

Las más de 260 huellas, ubicadas en Brasil y Camerún, serían parte del Período Cretácico Inferiorsegún un estudio publicado el lunes por el Museo de Historia Natural y Ciencia de Nuevo México.

Las huellas se crearon originalmente a unas 621 millas de distancia sobre una fina capa de limo y arenisca de barro en el antiguo supercontinente Gondwanan, que luego se rompió y formó el Océano Atlántico Sur.

El estudio compartió fotografías de huellas de formas idénticas que parecían provenir de edades y entornos geológicos similares, según descubrió el paleontólogo de la Universidad Metodista del Sur y autor principal del estudio, Louis L. Jacobs.

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