Densidad no es sólo masa y volumen, también es temperatura

La densidad, ya te lo contaba en “Volumen, masa, densidad… ¡y mucho trabajo!“, algo que depende de dos factores: masa y volumen. O sea, de lo gordos que sean los átomos y de cuántos haya, por un lado, y de lo juntitos que están por otro. Densidad = Masa / Volumen dice la fórmula…

También allí te decía una característica de la densidad: que permite diferenciar una sustancia pura de otra. Porque cada sustancia pura tiene su propia densidad. El oro tiene la suya y ninguna otra tiene la misma que la del oro. Parecida sí, pero la misma no. Y eso sirve para distinguir el oro del resto de las materias.

Otra cosa que te contaba es que un trocito pequeño tenía la misma densidad que un pedazo enorme. ¡Lógico! Un trocito pequeño tiene menos masa, pero también menos volumen. Es lo que en matemáticas se llaman fracciones equivalentes.

Pero…

Pero lo que no te decía allí es que la densidad depende de un tercer factor. De la temperatura.

Es verdad que un trozo de oro tiene siempre la misma densidad que cualquier otro trozo de oro. Sin duda. Te lo dije y es cierto. Pero sólo si los dos están a la misma temperatura. Y es que si una sustancia se calienta, sus átomos (o sus moléculas) vibran más. Y si vibran más, si se mueven más, ocupan más espacio. Si aumenta la temperatura son los mismos átomos en más volumen. Como el volumen es un número que está dividiendo, al hacerse más grande la densidad se hace más pequeña (eso son matemáticas sencillitas, ¿eh?).

Volcán
Fuente: Rincón del Vago

O sea. Que el oro caliente tiene menos densidad que el oro frío.

¿Tiene eso importancia? Creo que sí, mucha. P.ej., para explicar un volcán. Y es que si la roca del interior de la Tierra se calienta, su densidad disminuye (lógico, ya te decía; tiene los mismos átomos repartidos en mucho más espacio). Y si su densidad disminuye, tiende a flotar sobre el resto de la roca, más fría, más densa. ¿Que no puede salir? Pues acumula calor, y calor, y calor, hasta que rompe la roca fría, densa, y escapa violentamente.

¿Que eso no te parece suficientemente importante? Pues a ver esto. Como hay regiones del manto terrestre que están más calientes que otras, tienden a flotar, a subir. Cuando están arriba se enfrían y entonces vuelven a bajar. Porque se hacen más densas. Abajo se vuelven a calentar y otra vez suben. Arriban sueltan calor y otra vez bajan. Y ese es el motor que agita las placas tectónicas de un lado a otro, haciéndolas chocar o separarse. Lo cual, por cierto, levanta montañas o abre océanos.

Mmmm… Sí, sí, creo que la influencia de la temperatura en la densidad tiene que ver con nuestra vida. Mucho.

Bueno… éste ha sido un post con un pelín de matemáticas. Fracciones equivalentes por un lado. Y qué le ocurre a una fracción cuando el denominador se hace más grande. ¿Te ha sido difícil? Espero que no… Con ese pelín de matemáticas puedes comprender mucho del relieve terrestre.

Perovskita y postperovskita (y más)

Perovskita es un nombre raro. Y Postperovskita más. Je! Si repites el nombre suficientes veces y suficientemente rápido, hasta tiene gracia. Postperovskita, postperovskita, postperovskita, postperovskita… ¡Casi suena a palomitas de maíz…! :)

Pero es importante saber que existen. Es importante conocer algo del mineral más abundante de este planeta. Tan abundante que si le cambiáramos el nombre, o si viniera un extraterrestre, no se le llamaría Tierra. Se le llamaría planeta Perovskita.

Manto
Fuente: GeoScienceWorld

Resulta que el manto, la capa de la Tierra que más volumen tiene, está hecho, todo él, de los mismos materiales. Mucho oxígeno (O), mucho silicio (Si), mucho magnesio (Mg). Algo de hierro (Fe), algo de alumino (Al), algo de calcio (Ca). Pero, a pesar de estar hecho todo él de lo mismo, tiene cinco capas. ¿Y eso? Es como si echara a una olla los ingredientes de una receta de cocina, bien mezclados, y tras un tiempo al fuego, sin tocar nada, resultara una empanada de cinco pisos…

Cosas de la densidad. El interior de la Tierra sufre unas presiones enormes por todo el peso que tiene encima (y debajo, que debajo también aprieta). Más dentro, más presión soporta. Tanto que el manto, en su parte inferior, en la que contacta con el núcleo, equivale a estar bajo 1.300.000 atmósferas (redondeando) como la terrestre. O, lo que es lo mismo (también redondeando), lo que notarías si estuvieras sumergido en el mar a 1.300 kilómetros de profundidad (cosa que no es posible en la Tierra porque, aquí, los océanos tienen una profundidad máxima de, redondeando, una decena de kilómetros…).

O sea. Una barbaridad de presión.

Eso hace que los átomos que forman los minerales se vayan apretando cada vez más conforme más profundos se sitúan en el manto. Más densos, vamos. Más átomos en el mismo espacio. Y de ahí las cinco capas. Porque llegan momentos, puntos críticos (cambios de fase, se llaman técnicamente), en los que los enlaces entre los átomos no soportan más tanta fuerza y se colocan de otro modo. Más… más cómodo, digamos. Adaptado a la nueva situación, a la nueva presión. Y eso pasa varias veces en el manto conforme aumenta la profundidad y, por tanto, la presión.

Olivino Espinela
Olivino Espinela

La primera capa del manto, justo bajo la corteza, es de olivino, un mineral que puedes encontrar en la superficie formando parte de rocas magmáticas. A unos 410 kilómetros hay un cambio. Los enlaces de los átomo del olivino no aguantan y se organizan de otro modo. Más o menos los mismos tipos de átomos, sí, pero dispuestos de otra manera. Y se llaman espinela. En realidad, hay dos capas aquí, porque entre olivino y espinela hay una zona de transición, pero mejor no te complico las cosas… Sólo te lo digo por si luego haces cuentas y no te salen. O sea, que llevamos tres capas y faltan dos más.

Perovskita
Perovskita

Al llegar a los 660 kilómetros de profundidad, la presión ha subido tanto que vuelta a reorganizarse. Y hemos llegado a la perovskita. Que está mucho más empaquetada que la espinela, más densa, más átomos en el mismo espacio… Y que abarca desde los 660 km hasta los 2600. Nada menos que casi dos mil kilómetros de perovskita en el interior de la Tierra… Te dejo a ti saber cuánto volumen es eso, qué porcentaje del total. Te recuerdo que la fórmula es V = 4/3 p r3. Y que para conocer el volumen de una parte de una esfera tendrás que calcular varios volúmenes (el de la esfera  total, el de la esfera interior) y restarlos entre ellos. Yo te dejo estas pistas y ya me contarás qué resultado te da… ;)

Postperovskita
Postperovskita

Pero no hemos acabado. Antes se creía que sí, pero desde el trabajo de Kei Hirose y su equipo se sabe que hay más. ¿Qué viene después de la perovskita? ¡Pues la postperovskita! Más compactada. A pesar de que se pensaba que no, que no era posible. La postperovskita compone los últimos 200 km del manto, antes de llegar al núcleo. Lo que se conoce como capa D”.

¿Consecuencias de todo esto? Pues que la tectónica de placas profunda, la que sucede en el manto, la que le pasa a una placa después de que subduzca, cómo se mueve, hasta dónde llega, está gobernada, por completo, por esos cambios de fase. Y es que la placa que subduce se va encontrando zonas de cada vez más densidad, a la vez que ella misma cambia. Ese juego de densidad externa, del manto que la rodea, y densidad propia, rige lo que le pasará tras abandonar la superficie. Hasta qué profundidad llegará, cuándo se fundirá en el seno de manto, si ese material bajará más o menos antes de volver a subir… Y es que sin entender esos cambios mineralógicos es imposible comprender bien la razón de la tectónica de placas. Que ya te cuento otro día. Aquí, sólo decirte que la postperovskita permite entender por qué la tectónica de placas es como es. Sin ella, todo había sido muuuuuucho más lento en este planeta. Con montañas menos altas, menos continentes… Pero eso ya te lo cuento otro día.

Límite Manto - Núcleo
Influencia de la postperskovita en el límite manto-núcleo (fuente: L. Vocadlo)

Y fíjate que no he dicho astenosfera ni una sola vez… ;)