La fuerza de atracción lunar genera deformación en las rocas

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Geofísicos alemanes idearon un método para medir con precisión las fluctuaciones de la velocidad de las ondas sísmicas asociadas con la deformación de roca. En particular, pudieron correlacionar las fluctuaciones de velocidad de las ondas sísmicas con las fuerza de atracción gravitatorias de marea. El artículo completo fue publicado en Physical Review Letters, y brevemente explicado en Physics.

Como regla general, las rocas son geológicamente heterogéneas y, por lo tanto, sus propiedades elásticas dependen sustancialmente de la magnitud de la fuerza que se le aplique. En teoría, esto permite estimar la densidad de una capa de roca utilizando ondas sísmicas: la velocidad de propagación de una onda está directamente relacionada con sus propiedades elásticas.

Tales mediciones son necesarias en el desarrollo de minas, canteras y construcciones. Además, es información valiosa para comprender los procesos geológicos en la vecindad de volcanes y fallas geológicas.

Desafortunadamente, es muy difícil establecer cómo la velocidad de las ondas sísmicas está relacionada con la densidad de una roca en particular. Por supuesto, tal relación se puede obtener en laboratorio, controlando con precisión la composición y la densidad de la misma, pero es casi imposible transferir éste resultado a sistemas reales donde la composición total es desconocida, y la fuerza de impacto es incontrolable dado errores de los datos. Por lo tanto, los científicos necesitan desarrollar métodos alternativos para medir de manera directa las propiedades elásticas de la roca.

En este momento existen dos métodos que cumplen este objetivo. El primero se basa en generar una explosión controlada y medir los parámetros de las ondas sísmicas que resultaron. Si bien dicha metodología permite obtener resultados bastante precisos, debido al alto costo y complejidad, los científicos rara vez recurren a él. El segundo consiste en la utilización de miles de estaciones sismológicas ubicadas alrededor del globo. Este método es relativamente barato, pero su precisión no permite obtener conclusiones significativas. Hasta ahora, los científicos pudieron distinguir entre períodos de aumento y disminución de la tensión de las rocas asociadas con las mareas.

La luna, responsable y testigo

Ahora, los geofísicos Christoph Sens-Schönfelder y Tom Eulenfeld descubrieron cómo medir las propiedades elásticas de una roca de manera precisa, rápida y económica. Los científicos utilizaron la técnica de autocorrelación para obtener una función de correlación de impulso de eco. En otras palabras, los físicos registraron una señal sísmica desde una sola estación y buscaron rastros de otras ondas sísmicas que atravesaron el detector, se reflejaron en la roca y regresaron a ella.

El experimento se llevó a cabo en la estación Patache (PATCX - Patache), ubicada en el Desierto de Atacama, norte de Chile. Esta estación rastrea los cambios en la velocidad de las ondas sísmicas asociadas con los terremotos y las deformaciones térmicas de las rocas circundantes. Básicamente, la roca en las proximidades de la estación se compone de rocas evaporíticas, como yeso y halita. Los físicos recopilaron datos durante exactamente 12 años (desde el 1 de enero de 2007 hasta el 31 de diciembre de 2018), siendo el error relativo de medición extremadamente bajo.

^{Fotos de rocas cercanas a la estación sismológica.
Christoph Sens-Schönfelder y Tom Eulenfeld / Physical Review Letters, 2019}

Al analizar los datos recopilados, los investigadores encontraron que la velocidad de las ondas sísmicas fluctúa periódicamente, y sus oscilaciones son el resultado de la suma de oscilaciones con diferentes amplitudes y períodos. El período más notable (con una amplitud del 1%) duró aproximadamente un año. Los científicos asocian estas fluctuaciones con el calentamiento y enfriamiento estacional de las rocas. Además, ráfagas de terremotos fuertes y sus subsiguientes réplicas a veces se superponen a dicha señal.

Un examen más detenido mostró también fluctuaciones correlacionadas con el estrés calculado teóricamente de las deformaciones de las mareas de las rocas geológicas. El período de tales fluctuaciones fue de 12 horas - 25 minutos y 12 horas - 39 minutos. El primero coincide exactamente con el período durante el cual la Tierra gira hacia la Luna por el lado opuesto. Las oscilaciones más largas tienen en cuenta la ligera desviación de la órbita de la luna con respecto a la elíptica ideal.

Además, los investigadores notaron algunas fluctuaciones más, cuyos períodos y amplitudes se correlacionaron con las fuerzas de marea de la Luna y el Sol. Sin embargo, además de las fluctuaciones de la "marea" en la velocidad, los científicos registraron muchas oscilaciones con un período de aproximadamente ½, ⅓ y ¼ días, que no estaban asociadas con las fuerzas de las mareas, pero tenían una amplitud comparable. Estas fluctuaciones en la física están asociadas con deformaciones de roca que causan caídas de temperatura durante el día.

Ahora le toca a Marte

Los autores del artículo enfatizan la alta precisión de su método y esperan que en el futuro se utilice en tareas más prácticas. En particular, proponen investigar con éste método la composición de las rocas que se encuentran bajo la superficie de Marte.

Ya somos conocedores de los variados e interesantes efectos de la luna, a pesar de que las fuerzas de las marea son relativamente pequeñas. En 2014, por ejemplo, climatólogos estadounidenses detectaron mediante satélites variaciones en la presión atmosférica asociada con la gravedad lunar, y otros estudios demostraron que las precipitaciones en los trópicos dependen también de dichas fluctuaciones.

Por otro lado, en 2016 sismólogos japoneses descubrieron que los terremotos más fuertes y devastadores ocurren durante la luna llena y la luna nueva. Y en 2017, otro grupo de físicos utilizaron las fuerzas de las mareas para probar una teoría que combina el Modelo Estándar y la Teoría General de la Relatividad. Si este modelo fuera correcto, la gravedad lunar violaría la contravariancia de Lorentz de las ecuaciones de movimiento.

Sofía Dottori Fontanarrosa
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

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