Revelan los mecanismos de formación y evolución de la placa tectónica del Pacífico

La capa externa de la Tierra está formada por una serie de placas en movimiento interactuando entre sí, y cuyos desplazamientos promueven el desencadenamiento de terremotos, la creación de volcanes y la formación de montañas. Geólogos, geofísicos y otros especialistas intentan desde hace mucho tiempo conocer lo bastante bien las propiedades fundamentales de las placas y de los mecanismos que las inducen a moverse. Las preguntas sobre el tema que están pendientes de recibir respuesta han venido alimentando un intenso debate.

Un nuevo estudio realizado por el equipo de Caroline Beghein, de la Universidad de California en la ciudad estadounidense de Los Ángeles (UCLA), y Nicholas Schmerr, de la Universidad de Maryland, ambas instituciones en Estados Unidos, ha permitido dar un significativo paso hacia el esclarecimiento de esos enigmas.

Los investigadores utilizaron una técnica llamada tomografía sísmica para estudiar la estructura de la Placa del Pacífico, una de la decena de las placas principales del mundo. La técnica les ha permitido determinar el espesor de la placa, y discernir el interior de la misma así como de la porción de manto subyacente (la capa entre la corteza de la Tierra y el sector más externo del núcleo).

Las rocas se deforman y fluyen lentamente dentro del manto de la Tierra, lo que hace que las placas se muevan. La nueva investigación ha permitido hacerse una idea de sus mecanismos de formación y evolución.

La capa más externa de la Tierra está dividida en placas en movimiento que interactúan entre sí, y cuyo movimiento en la superficie genera la mayoría de los terremotos, crea volcanes y forma montañas. En esta imagen, la capa de color naranja representa la deformable y caliente astenosfera, en la que hay un flujo del manto activo. La capa verde es la placa litosférica, que se forma en la dorsal centro-oceánica, y luego se enfría y aumenta de grosor a medida que se aleja de la dorsal. 

La tomografía sísmica es similar a la utilizada comúnmente en técnicas médicas de captación de imágenes como la tomografía computerizada, o TAC. Pero en lugar de usar rayos X, la tomografía sísmica emplea grabaciones de las ondas sísmicas generadas por terremotos, lo que permite a los científicos detectar variaciones en la velocidad de las ondas sísmicas en el interior de la Tierra. Esas variaciones pueden revelar diferentes capas dentro del manto, y ayudar a los científicos a determinar la temperatura y la composición química de las rocas del manto mediante la comparación de las variaciones observadas en la velocidad de las ondas sísmicas con las predicciones hechas a partir de otros tipos de datos geofísicos.

Los investigadores han determinado que la formación de la Placa del Pacífico es el producto de una combinación de mecanismos: La placa se vuelve más gruesa a medida que las rocas del manto se enfrían, la composición química de las rocas que forman la placa cambia con la profundidad, y el comportamiento mecánico de las rocas cambia con la profundidad y la proximidad al lugar donde nuevas porciones de placa se están formando, en la zona de la dorsal centro-oceánica del Pacífico.

Sin embargo, aún contando con los nuevos descubrimientos, las propiedades fundamentales de las placas encierran aún bastantes enigmas, tal como comenta Beghein.

Las dorsales centro-oceánicas son, en esencia, cordilleras submarinas situadas en los sectores centrales de los océanos del planeta, y están vinculadas a procesos geológicos subterráneos muy importantes. Las placas oceánicas se forman en las dorsales oceánicas y desaparecen en el manto de la Tierra, mediante un proceso conocido como subducción.


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¿Cómo puede una hormona tradicionalmente masculina volver más fértiles a las mujeres?

La testosterona ha sido vista popularmente como la hormona de los machos, la esencia misma de la virilidad. Por supuesto, el papel de la testosterona es mucho más complejo y variado que eso, pero además se ha venido constatando que es capaz de promover la fertilidad en la mujer. Han circulado dudas al respecto, y, por encima de todo, un enigma obvio se plantea: ¿Cómo exactamente la testosterona fomenta la fertilidad femenina? Una nueva investigación parece haber resuelto el misterio.

Lo cierto es que se imponía aclarar el enigma, puesto que varias clínicas de fertilidad están comenzando a administrar testosterona, ya sea a través de un parche o un gel sobre la piel, para aumentar la cantidad de óvulos producidos por ciertas mujeres que se someten a la fecundación in vitro. También está a la venta, sin necesidad de receta médica, un suplemento cuyo consumo por las mujeres las permite aumentar su testosterona gracias a que el producto esencialmente se convierte en testosterona dentro del cuerpo. Todo ello orientado a aumentar las probabilidades para esas mujeres de quedarse embarazadas mediante un tratamiento de fertilización in vitro.

Algunos ensayos clínicos apoyan el uso de la testosterona administrada a través de la piel, mientras otros han mostrado que el citado suplemento (también usado para tratar de frenar el envejecimiento y aumentar la masa muscular) no es efectivo para aumentar las tasas de embarazo y natalidad en mujeres que no responden bien a la fertilización in vitro.

Los resultados de un nuevo estudio, realizado por el equipo de Stephen R. Hammes y Aritro Sen, de la Universidad de Rochester en Nueva York, Estados Unidos, sugieren que las hormonas masculinas, también conocidas como andrógenos, ayudan a impulsar el desarrollo de las estructuras, llamadas folículos, que contienen y finalmente liberan un óvulo que puede ser fecundado por el espermatozoide. En ratones, ya se ha verificado que esto es así.

Los resultados de este estudio proporcionan objetivos biológicos potenciales sobre los que actuar para mejorar la fertilidad en mujeres con una reserva ovárica disminuida, las cuales producen pocos folículos o ninguno en respuesta a los fármacos de la fertilización in vitro diseñados para fomentar el desarrollo de los folículos.


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¿La mayor extinción masiva en la Tierra fue causada por microbios?

Unas arqueas productoras de metano pudieron ser las responsables de la mayor extinción masiva de la historia de la Tierra.

Los restos fósiles muestran que en algún momento de hace unos 252 millones de años, cerca del 90 por ciento de todas las especies de la Tierra resultaron aniquiladas. Ésta es, y con mucha diferencia, la mayor de las cinco extinciones masivas conocidas. Pero encontrar al culpable ha sido difícil y controvertido.

Ahora, un equipo de investigadores puede haber encontrado suficientes evidencias para señalar al culpable principal.

Los autores de la masacre, según los resultados de la investigación, no fueron asteroides, volcanes o incendios colosales de carbón, como se propuso en estudios anteriores, sino un tipo de microbios, más concretamente una clase de arquea productora de metano llamada Methanosarcina, la cual proliferó de manera colosal y en muy poco tiempo en los océanos, lanzando cantidades prodigiosas de metano a la atmósfera, y cambiando de manera dramática el clima y la química de los océanos.

Daniel Rothman, profesor de geofísica en el MIT, junto a una parte de la Formación Xiakou en China. Su mano derecha descansa sobre la capa que marca el momento de la extinción masiva de finales del Pérmico. Muestras de esta formación proporcionaron evidencias de grandes cantidades de níquel que fueron arrojadas al medio ambiente por la actividad volcánica en aquel entonces, hace 252 millones de años.




Los volcanes no están totalmente descartados como culpables. Según este nuevo escenario, pudieron ser cómplices en la masacre. La razón para este súbito y explosivo crecimiento de los microbios, señalan las nuevas pistas, pudo ser su nueva habilidad de usar una rica fuente de carbono orgánico, y la entrada en escena de una súbita afluencia de un nutriente necesario para su crecimiento: el níquel, un elemento emitido por un vulcanismo masivo en la época adecuada.

La nueva explicación sobre las causas de la misteriosa extinción es obra del equipo de Daniel Rothman y Gregory Fournier, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, Estados Unidos, así como otros científicos de este país y de China.


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Una nanoesfera levitando incumple la segunda ley de la termodinámica

Mirar una película al revés a menudo causa gracia porque sabemos que los procesos en la naturaleza no suelen revertirse. La ley física que explica este comportamiento es la segunda ley de la termodinámica, que postula que la entropía de un sistema, una medida de su desorden, nunca disminuye de forma espontánea. Esto favorece el desorden –alta entropía– frente al orden –baja entropía–.

Sin embargo, cuando nos adentramos en el mundo microscópico de los átomos y las moléculas, esta ley pierde su rigidez absoluta. De hecho, a escalas nano la segunda ley puede ser violada de forma temporal en algunas raras ocasiones, como por ejemplo la transferencia de calor desde un sistema frío a uno caliente.

Ahora un equipo de físicos del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona (España), el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich (Suiza) y la Universidad de Viena (Austria) han logrado predecir con exactitud la probabilidad de eventos que violan de forma temporal la segunda ley de la termodinámica.

Idearon un teorema de fluctuación matemática y lo pusieron a prueba utilizando una pequeña esfera de cristal, menor a 100 nm en diámetro, y atrapándola y levitándola mediante luz láser.

De esta forma se logró capturar la nanoesfera y mantenerla levitando en su lugar, así como medir su posición en las tres dimensiones del espacio con extrema precisión. Dentro de la trampa, la nanoesfera se mantiene en movimiento debido a colisiones con las moléculas de gas circundantes.

Utilizando una técnica para manipular la trampa de láser, los científicos lograron enfriar la nanoesfera por debajo de la temperatura del gas circundante, conduciéndola a un estado de inestabilidad. Después apagaron la refrigeración y observaron como la partícula lograba relajarse hacia una mayor temperatura a través de la transferencia de energía desde las moléculas de gas a la esfera.

Sin embargo, observaron que la pequeña esfera de cristal en ocasiones excepcionales no se comporta como debería según la segunda ley de la termodinámica: en vez de absorber calor, lo libera al gas de alrededor, que se encuentra más caliente.

El resultado y el teorema planteado confirma la existencia de limitaciones en la segunda ley a escala nanométrica, y sugiere su revisión. En este nanomundo se mueven objetos como los bloques constituyentes de las células vivas o dispositivos nanotecnológicos, que están expuestos continuamente a un zarandeo aleatorio debido al movimiento térmico de las moléculas que están a su alrededor. Según los autores, el marco teórico y experimental, publicado en la revista Nature Nanotechnology, puede tener aplicaciones en esos campos.

A medida que la miniaturización se acerca cada vez más a escalas nanométricas, las nanomáquinas experimentarán condiciones cada vez más aleatorias. Por tanto, los estudios futuros buscarán entender a fondo la física fundamental de los sistemas a nanoescala fuera de equilibrio. La investigación será fundamental para ayudar a comprender cómo las nanomáquinas se comportan en esas condiciones fluctuantes.


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Espectros estelares generados mediante reacciones nucleares con aceleradores de partículas

Investigadores del Centro Nacional de Aceleradores (Universidad de Sevilla-Junta de Andalucía-CSIC), en España, en colaboración con otras instituciones internacionales, han llevado a cabo medidas en el CNA que simulan los procesos que tienen lugar en las estrellas durante la nucleosíntesis de elementos.

La nucleosíntesis es el proceso de creación de nuevos núcleos atómicos a partir de los nucleones preexistentes, protones y neutrones, para llegar a generar el resto de los elementos de la tabla periódica y sus isótopos. Los nucleones primigenios preexistentes se formaron a partir del plasma de quarks-gluones del Big Bang cuando se enfrió por debajo de los diez millones de grados. A este proceso se le llama nucleogénesis, es decir la formación de nucleones en el Universo.      

La consecuente nucleosíntesis de elementos ocurre principalmente en el interior de las estrellas mediante diferentes ciclos de reacciones nucleares hasta la formación del hierro, Fe, núcleo cuya repulsión eléctrica impide nuevas reacciones con otros núcleos a las temperaturas estelares. 

A partir del Fe (A=56), y hasta los más pesados (A>200), los elementos y sus diferentes isótopos se forman casi exclusivamente por sucesivas capturas de neutrones y desintegraciones beta de los isótopos radioactivos que se van formando. Cada captura neutrónica da lugar a un nuevo isótopo y cada desintegración beta da lugar a un nuevo elemento. 

La nucleosíntesis estelar ocurre en las estrellas durante el proceso de evolución estelar en estados como novas, supernovas, estrellas AGB y aún son muchas las cuestiones a resolver en esta materia.



En el CNA, donde se ha desarrollado la primera fuente de neutrones en España, es posible generar neutrones como aquellos estelares gracias a un método original de los investigadores involucrados en este proyecto. La idea es bombardear un blanco de litio con un haz de protones configurado energéticamente a una cierta distribución. La reacción 7Li(p,n) genera de esta manera los neutrones con la distribución energética estelar. Con este método se ha medido la probabilidad de la reacción 181Ta(n,ɣ) en ambiente neutrónico estelar (MACS) a kT=30 keV, la energía más importante en nucleosíntesis. Todo el desarrollo experimental se ha realizado en el acelerador Tándem de 3 MV del CNA.

El doctor Javier Praena indica que “el método de generación permite obtener neutrones de espectro maxwelliano desde kT=30 a 60 keV”. 

El interés de este estudio radica en que el valor de la probabilidad de la reacción 181Ta(n,ɣ) puede influir en cómo se creó este elemento en las estrellas y los elementos más pesados que éste, así como sus cantidades relativas. 

Este tipo de espectros son de interés en astrofísica nuclear y validación de datos nucleares en campos como la tecnología nuclear y dosimetría. Si se modifica la energía del protón incidente, se pueden obtener neutrones, a través de la reacción nuclear, 7Li(p,n), con la energía que nos interesa.

Mediante códigos de modelación estelar (T, densidad, reacciones nucleares, flujo de neutrones) se intenta reproducir las abundancias en el Universo utilizando la probabilidad de la reacción 181Ta(n,ɣ). Esto ayuda a entender cómo se formó el actual Sistema Solar a partir de estrellas anteriores situadas en esta zona de la Vía Láctea.

La sección eficaz estelar obtenida para el Ta-181 muestra, por ejemplo, que el Hf-181 (T1/2=42.39 días terrestres pero de solo 1 día en ambiente estelar) es capaz de contribuir a la formación de Ta-181 durante los pulsos térmicos de estrellas AGB. 

Estas estrellas son las que se encuentran en el estado de Rama Asintótica Gigante, un periodo de la evolución estelar que experimentan todas las estrellas de masa intermedia al final de sus vidas. Cuando una estrella consume todo el hidrógeno de su núcleo, éste se contrae mientras su temperatura aumenta, lo que provoca que sus capas externas se expandan y se enfríen. La estrella se convierte así en una gigante roja.


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Los "terromotos" estelares permiten conocer el interior de las estrellas más masivas y calientes que el Sol

Conocer qué ocurre dentro de las estrellas resulta imprescindible para datar las poblaciones estelares y constreñir así los modelos cosmológicos, o para determinar la masa y el tamaño de los planetas hallados en torno a otras estrellas, entre otros. Y la astrosismología, o el estudio de las oscilaciones estelares, se presenta como la única vía de acceso al interior estelar. 

"Gracias a la astrosismología conocemos con precisión la estructura interna, masa, radio, rotación o evolución de estrellas de tipo solar, pero no habíamos sido capaces de aplicar esta herramienta con eficacia al estudio de estrellas más masivas y calientes", destaca Juan Carlos Suárez, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía.

La sismología estelar consiste, en cierto sentido, en concebir las estrellas como cavidades resonantes, donde el movimiento del gas genera ondas sonoras que se propagan. Muchas de esas ondas tienden a desvanecerse pero, si existe un mecanismo que las sustente, alcanzan un estado estacionario y deforman la superficie de la estrella, produciendo distintos modos de oscilación (que se observan como cambios locales en brillo y temperatura).

Al atravesar distintas zonas de la estrella los modos de oscilación se ven afectados y, dependiendo de por dónde han pasado, se concretarán en una deformación u otra en la superficie. "Algunos modos son más sensibles a lo que ocurre en el interior, otros a lo que ocurre en superficie y otros al tamaño del núcleo. Y todos dependen de la composición química, estructura interna y edad de la estrella. Nosotros empleamos modelos matemáticos para determinar qué tipo de estructura y características permiten que esos modos se observen", explica Juan Carlos Suárez.



Su estudio se ha centrado en un tipo de estrellas conocidas como delta-Scuti, cuya masa fluctúa entre 1,5 y 2,5 veces la del Sol y que rotan tan rápido que llegan a deformarse (en lugar de ser esféricas tienden a achatarse). Debido a la rápida rotación su espectro de oscilaciones resulta muy difícil de interpretar y, aunque se habían detectado patrones estables, se desconocían sus propiedades físicas.

Sin embargo, el reciente resultado ha desvelado una relación, muy similar a la que existe en estrellas de tipo solar, entre determinados patrones de oscilación de las estrellas delta-Scuti y su densidad media. "Este trabajo da un salto enorme al mostrar que podemos conocer estrellas hasta cuatro veces más masivas que el Sol con el mismo detalle que las de tipo solar".

Conocer la densidad media de una estrella permite no solo determinar su masa y radio con exactitud, sino que también posibilita ceñir con precisión el modelo que aporta el resto de características esenciales de la estrella. Unas medidas que resultan indispensables para la determinación de la masa, radio o edad de los planetas extrasolares -planetas que orbitan estrellas distintas al Sol-.

“Cada vez se descubren más planetas alrededor de estrellas más masivas que el Sol, y este resultado permitirá determinar sus características. Supone un valor añadido para la misión PLATO (ESA), que caracterizará sistemas planetarios y aportará valiosa información para comprender el origen y evolución de los sistemas planetarios, imprescindible en la búsqueda de vida más allá de la Tierra", apunta Juan Carlos Suárez, miembro del board de la misión PLATO.

Este resultado ha sido posible gracias a la herramienta TOUCAN, un gestor de modelos de astrosismología desarrollado por investigadores del Instituto de Astrofísica de Andalucía y el Observatorio Virtual Español (CAB-INTA-CSIC).


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Analizan las causas y consecuencias de un calentamiento climático global ocurrido hace 56 millones de años

La creciente y justificada preocupación por el actual proceso de calentamiento global ha avivado el interés de la comunidad científica por el registro geológico como archivo de información crucial para entender los efectos físicos y ecológicos de antiguos cambios climáticos. Un estudio del Grupo de Estudio del Paleógeno de la UPV/EHU analiza el comportamiento del nivel del mar durante el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (PETM), hace 56 millones de años, y descarta una relación. El descenso del nivel del mar no desencadenó la emisión de gases de efecto invernadero durante el Máximo Térmico del Paleocenos-Eoceno (PETM)”, señala Victoriano Pujalte.

El Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (PETM) fue un breve (en términos geológicos “solamente” duró unos 200.000 años) intervalo de temperaturas extremadamente altas que ocurrió hace 56 millones de años causado por una masiva emisión de gases de efecto invernadero a la atmosfera. El aumento de temperatura global se estima que fue de entre 5ºC y 9ºC. Quedó registrado en sucesiones geológicas de todo el mundo y causó un fuerte impacto ecológico: el más llamativo desde un punto de vista antropológico fue su impacto en los mamíferos, pero afectó también a otros organismos, incluidos los foraminíferos y nannofósiles (microorganismos marinos que son la base de la cadena trófica) y los vegetales.

Sin embargo, el desencadenante de este calentamiento es aún discutido. La hipótesis más aceptada propone que fue debido a la desestabilización de hidratos de metano que permanecían congelados en los fondos oceánicos. “Algunos autores, como Higgins y Schrag (2006), por ejemplo proponían que un descenso del nivel marino pudo desencadenar o co-ayudar a desencadenar, la emisión de metano o CO2” señala Victoriano Pujalte, profesor del Departamento de Estratigrafía y Paleontología de la UPV/EHU e investigador principal del estudio. Según esta hipótesis, “los sedimentos marinos que estaban sumergidos en el mar, quedaron expuestos al descender el nivel de mar y son los responsables de las emisiones de CO2”, añade. Esto fue en cierto modo lo que inició esta investigación. Otros negaban tal posibilidad, e incluso el descenso del nivel marino. “Nuestro objetivo ha sido tratar de establecer el comportamiento del nivel de mar durante ese intervalo de tiempo, el PETM”, señala Pujalte.


Los estudios se realizaron principalmente en los Pirineos entre Huesca y Lérida, concretamente en la Cuenca de Tremp-Graus, y también en Zumaia (España). Las rocas del Paleoceno-Eoceno de ambas zonas están ampliamente afloradas, es decir, expuestas en la superficie, y representan toda una gama de ambientes antiguos, tanto continentales como marinos. “Ofrecen la oportunidad única de explorar los efectos de los cambios de nivel del mar y analizar sus efectos” añade Pujalte.

Los indicadores más útiles son los isótopos estables de oxígeno y carbono. Los de oxígeno dan información sobre paleotemperaturas, pero su señal es solo recuperable en testigos de mar profundo. Los isotopos de carbono proporcionan datos sobre variaciones en el contenido de CO2 en la atmósfera y océanos, y pueden recuperarse también en rocas antiguas afloradas en terrenos emergidos. En general, las variaciones de ambos isotopos van en paralelo, dado que un aumento en la proporción de CO2 lleva aparejada un aumento de temperatura.

Los resultados obtenidos apuntan que efectivamente el PETM estuvo precedido de un descenso del nivel del mar, cuya magnitud se estima en unos 20 metros, y cuyo máximo descenso probablemente ocurrió unos 75 mil años antes del inicio del PETM. “Es dudoso, sin embargo, que tal descenso fuese la causa que desencadenó el PETM, aunque pudo contribuir a la misma”, apunta Victoriano Pujalte. “Ocurren al mismo tiempo, pero no hay una relación causa-efecto”.

Además, los investigadores observaron que el ascenso del nivel marino continuó después del PETM, cuando la temperatura global volvía a temperaturas normales. “Su origen no estuvo únicamente provocado, por tanto, por la dilatación térmica de los océanos ligada al calentamiento”, comenta Pujalte. “Como causa más probable del mismo se sugiere la actividad volcánica documentada en el Mar del Norte durante el final del Paleoceno y comienzos del Eoceno, actividad relacionada con la expansión de la dorsal oceánica del Atlántico Norte”, concluye.

En sus 25 años de andadura el trabajo de este equipo ha estado centrado principalmente en el estudio de sucesiones del Cretácico superior y Paleógeno, basándose en dos disciplinas científicas complementarias: micropaleontología (bioestratigrafía y Paleoecología) en base a foraminíferos y nannofósiles calcáreos; y estratigrafía y sedimentología de rocas sedimentarias continentales y marinas. Dichas investigaciones se han centrado fundamentalmente en los Pirineos, aunque también se han realizado en otras áreas como las Cordilleras Béticas, Bulgaria y México.


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