Resuelven el problema de las Dolomitas, un enigma geológico de 200 años
Las montañas Dolomitas en Italia, las Cataratas del Niágara, los Acantilados Blancos de Dover, los Hoodoos de Utah e incluso las Cordilleras Béticas, los macizos del Valle del Ebro o las montañas del Cantábrico en la península tienen algo en común. Están formados principalmente por dolomita, un mineral muy abundante en rocas de decenas o centenares de millones de años pero inexplicablemente ausente en las formaciones más jóvenes. Precipitarlo en laboratorio también ha resultado imposible.
A este enigma se le conoce como el ‘problema de las Dolomitas’ y ha traído de cabeza desde hace 200 años a investigadores de todo el mundo. Ahora, un equipo de las universidades de Michigan (EE.UU.) y Hokkaido (Sapporo, Japón) ha resuelto el misterio. Incluso ha logrado obtener dolomita gracias a una nueva teoría desarrollada a partir de simulaciones atómicas. El hallazgo, publicado en la revista ‘Science’, puede ser útil para desarrollar nuevos semiconductores libres de defectos, paneles solares, baterías y otros materiales tecnológicos.
El borde de crecimiento de la dolomita está formado por hileras alternas de calcio y magnesio. En el agua, el calcio y el magnesio se adhieren aleatoriamente al cristal de dolomita en crecimiento, a menudo alojándose en el lugar equivocado y creando defectos que impiden que se formen capas adicionales de dolomita. A este ritmo, se necesitarían 10 millones de años para formar solo una capa de dolomita ordenada.
«La dolomita está formada, simplemente, por carbonato de calcio y magnesio. Pero no pueden estar de cualquier forma, sino que a una capa de carbonato de calcio le debe seguir una de magnesio y así sucesivamente», explica a este periódico Juan Manuel García Ruíz, profesor de investigación del CSIC del Laboratorio de Estudios Cristalográficos (LEC) de Granada y autor de un artículo de análisis que acompaña al estudio en ‘Science’. «Eso es lo que ocurre en montañas que se han formado en mares y lagos antiguos. Sin embargo, en los mares actuales la dolomita no se encuentra. Eso es un misterio: por qué en tiempos antiguos hay toneladas de kilómetros cúbicos de roca dolomita y hoy en día no se forma en ningún lado», apunta.
Las montañas Dolomitas, en Italia
Ha habido muchas propuestas para intentar resolver el enigma, pero este equipo, según García Ruíz, ha elaborado una teoría «muy bien montada» a partir de un estudio computacional y demostrada experimentalmente. «Lo que tiene que pasar para que la dolomita se precipite es que haya fluctuaciones en la concentración de los lagos y mares, de forma que se disuelva cuando hay agua y crezca cuando se evapora y vuelta a empezar», señala. La clave, entonces, está en esos «ciclos y ciclos» que aceleran los procesos de ordenación de la dolomita.
Pero esto es algo muy difícil de demostrar. Para intentarlo, los investigadores colocaron un pequeño cristal de dolomita, de apenas una micra, en una solución de calcio y magnesio, y pulsaron suavemente el haz de electrones 4.000 veces durante dos horas, disolviendo los defectos. Lo que hicieron fue reproducir esos ciclos de crecimiento y disolución. Después de los pulsos, se observó que la dolomita crecía aproximadamente 100 nanómetros, unas 250.000 veces más pequeña que una pulgada. Aunque se trataba de sólo 300 capas de dolomita, nunca antes se habían cultivado más de cinco en el laboratorio. «Han sido los primeros en conseguirlo», afirma el geólogo. Las pocas áreas donde hoy se forma dolomita se inundan intermitentemente y luego se secan, lo que concuerda bien con esta teoría.
Como explica el geólogo, que en la actualidad no se forme este mineral es «una cuestión de tiempo y orden». Sin esas fluctuaciones, estas montañas «tardarían miles de millones de años en crecer, sería imposible que se formasen. Este proceso no lo hace muy rápido, pero sí acelera la formación en millones de años». Así, por ejemplo, ha permitido la aparición de Las Dolomitas en el Tirol, una montaña que Le Corbusier, responsable de la arquitectura del siglo XXI, consideraba por sus líneas rectas y ordenadas «la obra arquitectónica natural más impresionante que existe».
Este tubo de ensayo contiene una solución concentrada de iones de magnesio, calcio y carbonato, los componentes básicos de un cristal de dolomita. En el portamuestras del microscopio electrónico de transmisión situado detrás del tubo de ensayo sólo cabe una cantidad minúscula de esta solución: aproximadamente 2000 millonésimas de litro
En la actualidad, la dolomita se utiliza para muchas cosas, como el llamado Blanco de España, utilizado en pintura y carpintería, pero no en alta tecnología. Sin embargo, según los autores, las lecciones aprendidas del problema de las Dolomitas pueden ayudar a los ingenieros a fabricar materiales de mayor calidad para semiconductores, paneles solares, baterías y otras tecnologías.
«En el pasado, los productores de cristales que querían fabricar materiales sin defectos intentaban hacerlos crecer muy lentamente», dice Wenhao Sun, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la UM. «Nuestra teoría muestra que se pueden cultivar materiales libres de defectos rápidamente si estos se disuelven periódicamente durante el crecimiento».
«Lo importante -subraya el cristalógrafo español- es que se ha conseguido resolver uno de los grandes problemas de la geología, es un reto fantástico».
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