¿Cómo modelar subducción en la mesa de la cocina? Egresados de Geología nos cuentan en revista Q1

Un experimento casero, desarrollado en clase de 'Geología Estructural', permite visualizar, en pequeña escala, los principales procesos asociados al fenómeno. Los resultados fueron publicados en la revista Elsevier.

Destacada artículo estudiantes de Geociencias
El experimento fue realizado con materiales económicos y fáciles de conseguir.

Por: José Luis Rodríguez R.

24 feb 2023

Los modelos analógicos de laboratorio son probablemente la forma más visual de comprender y comunicar procesos de deformación complejos que, de otro modo, serían demasiado complejos de observar en la naturaleza. Sin embargo, durante la época de pandemia, la enseñanza remota y el aislamiento hicieron que este tipo de ejercicios pedagógicos en clase fueran inviables, y que la innovación docente se convirtiese en protagonista.

Fue así como el profesor Camilo Montes, del departamento de Física y Geociencias, propuso en 2021 a sus estudiantes de Geología Estructural elaborar un experimento casero de modelado analógico, capaz de reproducir muchos de los principales procesos asociados a la subducción espontánea en el planeta. El resultado: su clase no solo observó y documentó los procesos dinámicos de la tectónica de placas en una pequeña escala, sino que además un grupo de estudiantes, hoy egresados (2022), elaboraron con su apoyo un artículo científico en la revista de geología estructural, Elsevier (Q1), para compartir los resultados.

¿QUÉ ES? En geología, las placas son aquellas partes de la litósfera (la corteza exterior de la Tierra) semirrígidas que flotan sobre el manto terrestre (la capa que se ubica entre el núcleo central y la corteza). Las zonas de choques de estas placas producen actividad tectónica, sísmica y volcánica. La subducción es el hundimiento de una placa litosférica bajo el borde de otra placa y se desarrolla en las denominadas zonas de subducción, la mayoría de las cuales se distribuyen por el océano Pacífico.

Desde hace varios años hemos estado buscando los materiales que funcionen de forma espontánea y en casa, y se volvió relevante durante la pandemia. El mérito de este grupo es que hicieron un trabajo muy detallado y suficientemente bueno para publicarse en una revista Q1. Este semestre lo estamos repitiendo para que la clase lo replique. Eso hace parte del método científico, si hablamos de ciencia, tiene que poderse repetir"

Camilo Montes, profesor del departamento de Física y Geociencias.

Los egresados que desarrollaron con éxito el modelamiento y el artículo fueron Jhon Delgado, Jeniffer López e Iranobis Zárate. Juntos configuraron el experimento casero de modelado analógico, con dos litros de pegamento blanco (colbón), dos kilos de arena magnética (negra) y uno de arena cuarzosa (blanca), reproduciendo la subducción espontánea de una densa capa de arena en una capa viscosa y dentro de un recipiente de cocina de plástico. Los materiales son económicos y fáciles de obtener, y las observaciones cuantitativas las realizaron con las cámaras de los teléfonos celulares y software disponible gratuitamente en una computadora personal.

La litosfera fue simulada por un magnético negro arena ~8 mm de espesor. El manto sublitosférico es simulado por ~6 cm de blanco pegamento de erudito. Los marcadores de deformación (arena de color claro) se distribuyen aleatoriamente sobre la capa de arena magnética negra. El experimento se graba en video, usando una cámara de celular.

“La capa de colbón representaba el manto de la tierra y la capa de magnetita, la litosfera. Entonces, a medida que pasaba el tiempo, la capa de magnetita, como era muy densa en comparación con la de colbón, se iba hundiendo. De esa manera se representaba la subducción”, explica el egresado Jhon Delgado.

El modelo se grabó con un celular, se digitalizó como imagen y en Photoshop.  Luego se pasó por un software que mide acotamiento y extensión, pasando del simple modelo casero a un análisis cuantitativo como hacen los laboratorios sofisticados, y además fue presentado en agosto de 2021 en el Congreso Colombiano de Geología. 

Con la idea de publicar los resultados en el journal, se sometió en diciembre de 2021 el experimento a la revista de Elsevier y se convirtió en una guía para estudiantes y profesores de todo el mundo que quieran replicarlo. Se cambió el lenguaje, se incluyeron muchos más datos y se escaló el modelo a la realidad. El resultado de ello fue que 1 segundo representaba 0.11 millones de años y 1 cm son 328 km. Otros modelos más sofisticados, explica Delgado, coinciden en que 1 segundo es 8300 años y 1 cm 50 km en la naturaleza.

Todo este proceso de edición duró cerca de un año. El 30 de diciembre de 2022 el artículo fue aceptado y su publicación se dio en enero de este año.

Capturas de imágenes de la evolución del modelo analógico. Los marcadores de tensión se numeran y rastrean a lo largo del experimento.

“Este modelo reprodujo muy bien los procesos de subducción de la Tierra, pudimos ver ejes de extensión, acortamientos, cómo se comportaban los flujos del colbón a medida que iba subducciendo, pudimos ver flujos poloidales como toroidales. La conclusión más importante es que cualquier estudiante lo puede reproducir el modelo análogo en casa, invirtiendo muy poco dinero. Este artículo es un primer paso, me gustaría seguir desarrollándolo, pues la idea es avanzar y utilizar nuevos materiales”, concluye Delgado.

Lea artículo completo publicado en Elsevier, aquí. 

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