La energía interna de la Tierra

La mayor parte de los fenómenos que suceden en la superficie terrestre obtienen su energía, en último término, del Sol. Los animales la consiguen comiéndose las plantas y éstas la asimilan directamente de la luz; no sólo los seres vivos, también los vientos, las nubes, las tormentas y corrientes oceánicas obtienen su impulso del gigantesco astro. En el pasado los físicos pensaron que el Sol producía energía quemando gigantescas cantidades de combustible de un modo parecido a como se quema el carbón; deducían entonces que la vida de la estrella sería un millón de años, el tiempo que tardaría en arder toda la materia. Astrónomos y geólogos disentían de tal interpretación, porque -según ellos- la edad solar era de cinco mil millones de años. Sólo había una manera de conciliar ambas suposiciones: si la estrella se mantenía brillando durante todo ese tiempo su fuente energética debería ser otra. Los físicos la han hallado: en las estrellas se desprende energía cuando se unen protones para formar núcleos de helio; y no se trata de reacciones químicas, sino de reacciones nucleares, miles de veces más potentes. Por fin todos los científicos se mostraban de acuerdo.

Volcanes, terremotos, aguas termales y géiseres, son muchos los fenómenos terrestres cuya energía procede de fuentes distintas al Sol. Durante el siglo XX los geólogos consideraron que el calor interno de la Tierra se debía a la desintegración de átomos radiactivos, sobre todo de uranio y torio. Ya no pueden mantener tal hipótesis porque estos elementos, presentes en la corteza, son muy escasos en el núcleo; sin embargo, sabemos que el núcleo terrestre está muy caliente, a seis mil grados (poco más o menos como la superficie solar, pero muy inferior a los diez millones del interior de la estrella). ¿De dónde proviene el calor interno? Situémonos en el momento en que se formó la Tierra; observaríamos múltiples colisiones de astros más o menos grandes que terminan con su fusión; probablemente buena parte del calor del núcleo provenga de este proceso; porque los objetos que chocan se calientan. Igual que un termo conserva caliente el café, las rocas del manto y la corteza han guardado el calor inicial a lo largo de toda la historia de la Tierra. El calor generado hace cuatro mil quinientos millones de años se manifiesta en la lava que vierte un volcán contemporáneo o en las aguas termales que usamos en los balnearios. ¡Quién lo diría!

Más allá de los cinco sentidos

     Tal vez el lector incauto crea que su cuerpo sólo dispone de cinco sentidos para recibir información del medio ambiente, continúe leyendo y comprobará que, afortunadamente para él, tiene algunos más. Si alguna vez ha jugado con los modelos de tamaño natural de un caballo y de un humano habrá observado que la estabilidad del bípedo es más precaria que la del cuadrúpedo. Un ingeniero no necesitaría hacer la prueba, porque ya sabe que la postura erguida es insegura, y que nuestro cuerpo está estable sólo cuando permanecemos tumbados, sentados o arrodillados. Los argumentos en los que fundamentaría su deducción son contundentes: el centro de gravedad del cuerpo humano se halla en un punto elevado, y el área del suelo en la que debe caer una vertical trazada desde el centro de gravedad, para impedir la caída, es muy pequeña (unos cien centímetros cuadrados).

     Concluyo: si no fuera porque disponemos de dos sistemas estabilizadores del equilibrio nos resultaría muy difícil permanecer de pie o caminar, e imposible subir y bajar escaleras o ejecutar acrobacias. El primero de los sistemas detectores del movimiento, el laberinto, es un órgano comparable al sistema de navegación inercial de un submarino; consta de tres tubos semicirculares perpendiculares entre sí, uno horizontal y dos verticales; los tubos (llamados canales) están llenos de líquido y dentro llevan unas células con unos pelillos que actúan de detectores del movimiento, de tal manera que, cuando la cabeza rota en cualquier dirección, al menos uno de los canales semicirculares se activará. El segundo sistema detector consta de dos saquitos llenos de una sustancia gelatinosa, que contienen unos pequeños cristales móviles y unas células con pelillos que detectan sus movimientos; el utrículo y el sáculo, que así se llaman ambas estructuras, permiten que el cuerpo se oriente respecto a la gravedad y perciba la aceleración: actúan como un sismógrafo, el aparato usado para detectar los terremotos.

     Los mecanismos encargados de mantener el equilibrio (igual que los habilitados para captar los sonidos) son frágiles y no pueden exponerse a los azares del medio ambiente: deben protegerse. Alojarlos en el oído interno, un reducido espacio de un centímetro excavado en los dos huesos temporales del cráneo, representa un extraordinario logro de ingeniería. ¡Admiremos la evolución que ha conseguido tal maravilla biológica!

La Cueva de los Cristales, maravilla del mundo

¿Conoce el lector erudito las siete maravillas del mundo? Los helenos consideraban que la Gran Pirámide de Guizeh, los Jardines Colgantes de Babilonia, el Templo de Artemisa en Éfeso, la Estatua de Zeus en Olimpia, la Tumba del rey Mausolo en Halicarnaso, el Coloso de Rodas y el Faro de Alejandría debían visitarse, por ser monumentos del ingenio humano. El escritor también osa aconsejar un viaje: a una mina ubicada en la sierra de Naica, en Chihuahua (México), para contemplar la Cueva de los Cristales. Desde el suelo hasta el techo, cristales de hasta doce metros de longitud, los más grandes del mundo, cubren toda la cueva; ante el espectáculo, el visitante se queda callado, anonadado por la emoción pues la belleza rebasa cualquier experiencia anterior.

A trescientos noventa metros de profundidad medimos una temperatura que sobrepasa los cincuenta grados y un cien por cien de humedad: un mundo no hecho a la medida humana; quienes han tenido el privilegio de visitar la cueva saben lo que significa el calor insoportable nada más traspasar la entrada, la ropa empapada en sudor, la sed extrema, la pérdida de varios litros de agua en ocho minutos; que ahí se sitúa el límite de supervivencia, porque permanecer más tiempo dentro mataría por deshidratación al imprudente.

El geólogo español Juan Manuel García Ruiz ha explicado la formación de esta maravilla descubierta en el año 2000. Todo comenzó hace veintitrés millones de años, cuando una gran cantidad de magma, en vez de salir a la superficie, quedó atrapado en una bolsa que se enfrió lentamente. Circulaba el agua, rica en sulfatos y calcio, que, al disolver la roca caliza, labraba grandes salas. A ciento cincuenta grados se formó el mineral anhidrita; después, cuando la temperatura bajó de cincuenta y ocho grados, la anhidrita se transformó lentamente en yeso (que es idéntico a la anhidrita, pero con  agua), más estable. Para que los cristales sean tan grandes es necesario que se formen muy pocos; y para ello hace falta que se aporte poco material, pero continuo; la temperatura también es esencial, si hubiera sido inferior a cincuenta y seis grados, se habrían formado muchos cristales pequeños, como ocurre habitualmente. Afortunadamente, se han mantenido las condiciones críticas durante millones de años.

Finalizada la explotación de la mina, quizá todo vuelva a inundarse y continúe el crecimiento de los cristales, o quizá se siga bombeando agua, para que la Cueva se convierta en un patrimonio natural de la humanidad.

¡Cuidado con las patatas fritas!

En el año 2002 un análisis bromatológico sorprendió a las autoridades sanitarias mundiales. Las patatas fritas, las galletas, el pan y el café contenían acrilamida, un conocido carcinógeno, con unas concentraciones superiores a las propuestas por la Organización Mundial de la Salud para calificar el agua como potable. Nadie sabía explicarlo. Los datos proporcionados por la Agencia Europea de Seguridad Alimentaria –EFSA- en el 2010 resultaron preocupantes: algunas patatas fritas tienen más de seiscientos microgramos por kilo de alimento, algunas galletas más de trescientos, el pan más de cien y el café más de doscientos. ¿Está consternado el aprensivo lector? Tome un lápiz, haga cálculos, estime la cantidad de acrilamida que toma habitualmente, y compárelos con el límite tolerable para evitar riesgos en la salud: dos microgramos y seis décimas por cada kilo de peso corporal es el límite fijado en 2009.

¿Cuándo se forma la acrilamida? El conocido proceso químico (apellidado reacción Maillard) es muy común en la cocina; a una temperatura de ciento cincuenta a ciento ochenta grados centígrados se originan unas sustancias de color marrón que mejoran el sabor y aroma de las galletas, el pan, el café y las patatas fritas; se trata básicamente de una caramelización, la misma reacción que colorea la carne mientras se cocina al horno. Desgraciadamente, se ha detectado la temible sustancia carcinógena como subproducto del proceso.

Los investigadores ya han descubierto cómo se forma la siniestra acrilamida: el aminoácido asparraguina, presente en las proteínas, se combina con la glucosa del almidón o con la fructosa de los carbohidratos, a temperaturas superiores a ciento veinte grados, como las que se generan en los fritos, asados y horneados. Y resulta convincente que las patatas fritas den los valores más altos de la sustancia cancerígena, porque hasta el cuarenta por ciento de los aminoácidos del tubérculo pueden ser asparraguina.

A falta de soluciones para impedir la síntesis de la acrilamida, por el momento, la única recomendación doméstica consiste en evitar la combinación de la asparraguina con la glucosa a altas temperaturas. El lector prudente puede ingerir los alimentos hervidos o preparados a temperaturas inferiores a ciento veinte grados; porque no se ha hallado acrilamida en ellos; pero si le gustan los fritos, asados y horneados. ¡Ay, si se embelesa con ellos! Debe aplicar ciertas pautas para reducir el riesgo: consúmalos con moderación y evite tostar su comida. En cualquier caso, ya decidas ignorar o considerar estas sugerencias, querido lector, te deseo suerte.

El origen de la materia

A lo largo de la historia los químicos se afanaron en elucidar la estructura de la materia: demostraron la existencia de los átomos, los clasificaron y relacionaron; pero desde comienzos del siglo XX abandonaron ese campo, dejando vía libre a los físicos, y se concentraron en la síntesis y esclarecimiento de la estructura de los compuestos y el análisis de sus cambios. Los sucesores de los ingeniosos artesanos, que descubrieron los metales y cambiaron la historia de la humanidad, desatendieron los núcleos atómicos y se olvidaron de las estrellas de neutrones, de las enanas blancas y de los plasmas, el estado más abundante de la materia; arrinconaron los agujeros negros, desdeñaron la materia oscura y postergaron las partículas, los elementos que (creemos) constituyen el universo.

Sabemos que todos los átomos están formados por núcleos y electrones; también, que los núcleos atómicos, excepto el hidrógeno y el helio, se formaron en las estrellas fusionando distintas cantidades de protones y neutrones: los más ligeros que el hierro durante el funcionamiento normal, los más pesados en las supernovas. ¿Todos? Casi, el litio, berilio y boro no resisten la violencia del ambiente estelar y se sintetizan cuando los rayos cósmicos -veloces protones, sobre todo- chocan con las partículas que constituyen las nubes de gas y polvo que llenan la galaxia. Falta el helio, que se formó entre el primer segundo y los tres primeros minutos de existencia del universo, uniéndose dos protones con dos neutrones; y el hidrógeno que consta de un solo protón. Sólo queda agregar que los electrones y núcleos vagaron por el espacio hasta que se enlazaron para formar los átomos.

¿De donde salen, entonces, los protones, neutrones y electrones de un átomo cualquiera? Los dos primeros aparecieron durante la primera décima de milisegundo después del Big-Bang uniéndose tres quarks; quarks que, junto con los electrones y los casi indetectables neutrinos, no están compuestos por nada, son elementales. Ya llegamos al final. ¿Cómo se generaron, entonces, las partículas elementales? En los primeros instantes del universo, la temperatura era tan desmesuradamente grande que no existía diferencia entre partículas materiales y partículas de radiación: unas se convertían en otras. Al llegar aquí, cuando la materia se diluye en energía, no antes, los químicos deben entregar el testigo a los físicos para que ellos continúen la indagación. Lamentablemente, sobre los primeros instantes del cosmos los físicos sólo pueden especular; y mientras no dispongan de una teoría contrastada la prudencia aconseja callar… y esperar nuevos datos.