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La expansión del océano: un descubrimiento de la Guerra Fría

Por Luis Carcavilla Urquí (IGME-CSIC)*

A mediados de los años 50 del pasado siglo, las dos superpotencias del momento mantenían un tenso equilibrio político y militar. La URSS y Estados Unidos se enfrentaban en un conflicto no bélico, la Guerra Fría, por demostrar su supremacía mundial. Con el fin de rebajar la tensión y frenar la imparable carrera armamentística nuclear, rusos y estadounidenses acordaron una suspensión parcial de las pruebas nucleares a principios de los años 60.

Se prohibieron las pruebas en la atmósfera y bajo el agua, pero quedaron permitidas las realizadas bajo el subsuelo, que son como terremotos artificiales: en vez de producirse la vibración por la rotura de las rocas, se produce por una explosión nuclear.  Sin embargo, el grado de desconfianza era tal entre ambas partes que el ejército norteamericano decidió vigilar el cumplimiento del acuerdo por parte de los soviéticos y, de paso, saber la frecuencia de sus ensayos nucleares subterráneos. Para ello, instalaron una red global de sismógrafos, el aparato utilizado habitualmente para detectar vibraciones de la tierra y, por tanto, terremotos.

Mapa del fondo oceánico elaborado en 1974 por la American Geographical Society con apoyo de la Armada norteamericana.

Al margen de su aplicación militar, este sistema de seguimiento permitió obtener por primera vez una visión completa de la distribución de los terremotos en todo el planeta. Esta información llevó a un descubrimiento sorprendente: los terremotos se alineaban perfectamente dibujando estrechas franjas que parecían partir la superficie terrestre en varios bloques o placas. En realidad, desde mediados del siglo XIX esto ya se sabía, pero solo para los continentes, porque no se tenían datos de lo que ocurría en los lechos oceánicos. Ahora, con la información marina, se tenía una primera perspectiva global.

Un geólogo contra los submarinos nazis

No era la primera vez que el uso de las técnicas geofísicas con fines militares arrojaba interesantes descubrimientos científicos. Durante la Segunda Guerra Mundial, el geólogo norteamericano Harry H. Hess utilizó geófonos –instrumentos que convierten el movimiento del suelo en señales eléctricas– para detectar las posiciones de los submarinos alemanes en el Atlántico norte. El sistema no pudo ser más eficaz: en tan solo dos años, la amenaza por este tipo de ataque fue neutralizada. Así que enviaron a Hess donde se desarrollaba entonces la gran batalla submarina: el Pacífico. Allí participó en cuatro grandes batallas marinas, incluida la de Iwo Jima.

Su misión incluía cartografiar el fondo marino para diseñar la estrategia militar, así que tras la guerra Hess dispuso de información topográfica detallada de amplias regiones oceánicas. Resultó que el fondo marino no era plano ni homogéneo, sino que tenía largas cordilleras submarinas llamadas dorsales y profundas fosas de más de diez kilómetros de profundidad.

Localización de epicentros de terremotos registrados entre 1963 y 1998. / NASA

La exploración marina continuó y, en 1956, se descubrió que la dorsal medioatlántica era, en realidad, una cordillera sin fin, pues enlazaba con otras y continuaba a lo largo de 75.000 kilómetros. Pero lo más importante fue descubrir que en el eje de la dorsal se situaba un interminable valle estrecho en el que se concentraban los terremotos y que mostraba una intensa actividad térmica. En palabras del propio Hess, ese descubrimiento “sacudía los cimientos de la geología”, pues era la pieza que faltaba para dar sentido a los datos del fondo oceánico que había recopilado durante décadas.

De los terremotos submarinos al crecimiento oceánico

Entre otras cosas, Hess se había percatado de que el escaso espesor de los sedimentos que cubren el fondo oceánico demostraba que este es mucho más reciente que los continentes, donde se llegan a acumular miles de metros de materiales sedimentarios. Además, el espesor de esos sedimentos se incrementaba cuanto más lejos estuvieran de la dorsal oceánica. Eso significaba que las dorsales eran más modernas que el resto del fondo oceánico, pero también, y eso era aún más difícil de explicar, que en las dorsales se estaba creando nuevo fondo oceánico que hacía cada vez más ancho el océano. Pero, ¿cómo? Las alineaciones de focos de terremotos parecían indicar que el fondo oceánico se ‘partía’ a través de estas líneas, y el descubrimiento del valle en el eje de la dorsal en el que se detectaba calor fue la clave para confirmarlo.

Así, en 1962 Hess propuso que rocas fundidas procedentes del interior terrestre ascendían a través de las dorsales y salían a la superficie en el valle del eje de la dorsal, y este material solidificado creaba nuevos fondos oceánicos. A este proceso de crecimiento del océano desde la dorsal lo llamaron “expansión oceánica”.

Harry Hess en 1968 mientras explica el ciclo de la corteza oceánica.

Este descubrimiento tuvo aún más repercusiones: Hess se dio cuenta de que el fondo oceánico que se creaba en unas regiones debía destruirse en otras o, si no, la Tierra estaría creciendo. Propuso que las profundas fosas oceánicas eran los lugares donde el fondo marino se hundía en el interior terrestre. Los epicentros de los terremotos confirmaban esta teoría: los profundos se situaban en zonas coincidentes con fosas marinas –lo que evidenciaba que se introducían en profundidad– y los superficiales se ubicaban a lo largo de las dorsales –lo que reflejaba que la actividad volcánica creaba nueva corteza–.

Hacia la tectónica de placas

El hallazgo de Hess se vio confirmado solo un año después por Frederick John y Drummond Hoyle Matthews, que observaron el comportamiento magnético del lecho marino. Así descubrieron que la polaridad de las rocas variaba de una forma muy particular: existían extensas franjas perpendiculares a la dorsal con una polaridad normal y otras con una polaridad invertida, que se alternaban como en la piel de las cebras. Lo más llamativo era que el dibujo que describían esas franjas era simétrico a uno y otro lado de la dorsal.

Eso solo podía tener una explicación. Las rocas generadas en el fondo marino se magnetizan según la orientación del campo magnético terrestre, que cambia cada cierto tiempo. Por tanto, las rocas que emergían en el centro de la dorsal debían tener siempre la misma polaridad, aunque se situaran del lado europeo o americano. Las rocas situadas en los distintos lados de la dorsal se irían distanciando a medida que se fuera formando nuevo lecho oceánico y, en el momento en que cambiase el campo magnético terrestre, aparecería entre ellas una franja de rocas con distinta polaridad.

Registro de los cambios de polaridad magnética en las rocas del fondo oceánico en expansión. / Dr. T (CC3.0-By-SA)

Las piezas encajaban y la expansión oceánica era un hecho. Gracias a esta evidencia, pronto Tuzo Wilson acabaría por armar el puzle de la tectónica de placas y demostrar, tras décadas de encendidas polémicas, la existencia de la deriva continental, pero esa es otra historia.

 

* Luis Carcavilla Urquí es investigador del Instituto Geológico y Minero de España, adscrito al CSIC, y autor del libro de divulgación Montañas (IGME-Catarata), del que ha sido extractado este texto.

Las dos medallas del Nobel que escaparon a los nazis

Por Mar Gulis (CSIC)*

9 de abril de 1940: el químico húngaro George Hevesy, conocido por haber descubierto el hafnio, acude como cada mañana a su trabajo en el Instituto de Física Teórica de la Universidad de Copenhague, Dinamarca. No es un día como cualquier otro: Alemania está invadiendo el país. Los ataques han comenzado durante la madrugada y el gobierno danés, consciente del desequilibrio de fuerzas, no ha tardado en presentar la rendición.

A su llegada, Hevesy encuentra a Niels Bohr, premio Nobel de Física en 1922 y director del instituto. El ‘padre’ de la mecánica cuántica está preocupado. No es ser hijo de madre judía lo que le inquieta en ese momento –al fin y al cabo, al nacer fue bautizado en el catolicismo–, sino que los ocupantes encuentren lo que obra en su poder. Bohr esconde las medallas del premio Nobel de dos físicos alemanes que, de una u otra forma, se han significado como opositores al régimen nazi: Max Von Laue, galardonado en 1914 por sus trabajos en cristalografía de rayos X, y James Franck, premiado en 1925 por sus investigaciones sobre el comportamiento de los electrones. Ambos han depositado sus condecoraciones en el instituto precisamente para evitar que caigan en manos de las autoridades de su país.

Se trata de un legado demasiado comprometedor. La Alemania de Hitler castiga incluso con la pena de muerte sacar oro del país; y las medallas están hechas con 200 gramos de oro de 23 quilates cada una. Franck, de origen judío, vive exiliado en Estados Unidos, pero Von Laue permanece en Alemania. “El nombre de Laue estaba grabado en la medalla, su descubrimiento por las fuerzas invasoras habría tenido muy serias consecuencias para él”, escribe Hevesy acabada la Segunda Guerra Mundial.

De izquierda a derecha: James Franck, Max Von Laue, George Hevesy y Niels Bohr.

Hay que darse prisa. El húngaro propone enterrar los metales, pero Bohr teme que alguien pueda descubrirlos. Entonces, echan mano de sus conocimientos sobre química. El oro es inalterable por el aire, el calor, la humedad y la mayoría de los elementos químicos, pero puede disolverse con agua regia, una combinación de una parte de ácido clorhídrico y tres de ácido nítrico.

Hevesy se pone manos a la obra y pasa la jornada encerrado en el laboratorio disolviendo las medallas. No es un trabajo fácil: “El oro es extremadamente no reactivo y difícil de disolver”, cuenta años después a Von Laue. Mientras tanto, en las calles de Copenhague ya desfilan las tropas invasoras.

Hasta 1980 todas las medallas del premio Nobel fueron acuñadas en oro de 23 quilates.

Cuando los nazis ocupan el instituto no advierten nada sospechoso. En 1943, Bohr y Hevesy, que acaba de recibir el Nobel por el estudio de organismos vivos mediante trazas radioactivas, parten al exilio. Temeroso de que Alemania se adelante en la carrera armamentística, el primero acaba en Estados Unidos colaborando con el proyecto Manhattan, que da lugar a la primera bomba atómica.

El oro permanece disuelto en agua regia hasta el fin de la guerra. Tras su regreso a Dinamarca, Bohr lo recupera y en 1950 lo envía a la Real Academia Sueca de Ciencias junto con una carta en la que explica lo sucedido. La Fundación Nobel refunde el metal y acuña con él nuevas medallas similares a las originales. Frank recibe el galardón en 1952 en una ceremonia celebrada en la Universidad Chicago. El relato más extendido sostiene que Von Laue también ‘recupera’ su medalla, aunque de esto no queda registro oficial.

 

* Si quieres descubrir más historias sorprendentes relacionadas con la química, consulta la web de la Yincana Virtual Entre Matraces, organizada por el Instituto de Química Médica del CSIC en colaboración con la FECYT. 

¿Sabías que los balazos de la II Guerra Mundial fueron el origen de los implantes metálicos?

Prótesis

Wikipedia

Por Mar Gulis

Como si de coches o bicicletas se tratara, los humanos tenemos piezas de repuesto que salvan o mejoran nuestra calidad de vida. Para reemplazar huesos y dientes, sustituir tejidos blandos como la piel o remediar  los degastes de nuestro sistema cardiovascular (marcapasos, stents), los biomateriales –materiales implantables en un organismo vivo– son la solución a los posibles defectos ‘de fábrica’ o ‘debidos al uso’ de nuestro cuerpo.

La investigación en materiales útiles para la fabricación de prótesis e implantes  ha avanzado mucho, pero todo comenzó por azar, tal y como cuenta María Vallet en su libro Biomateriales. Tras la Segunda Guerra Mundial los médicos observaron que los soldados con restos de metralla en su cuerpo podían vivir sin problemas. Esto les llevó a deducir que la inclusión de partículas metálicas en el cuerpo no suponía un problema y que, por tanto, estos metales, al ser tolerados por el organismo, se podían emplear para reparar otros tejidos internos. Así fue como empezaron a utilizar implantes metálicos para corregir daños en el cráneo o para la fijación interna de fracturas.

Además de materiales metálicos, para fabricar implantes se utilizan cerámicas, polímeros o materiales compuestos. La lista es larga y variada, porque actualmente los componentes, así como la instrumentación para su colocación, se diseñan para cada problema concreto. Se ha pasado de utilizar materiales inertes para la sustitución de tejidos vivos, como una prótesis de rodilla o cadera, al diseño de materiales bioactivos y biodegradables para la reparación de los mismos. Algunos biomateriales incluso se diseñan para durar lo que viva el paciente, mientras que otros se degradan en productos metabolizables.

La investigación en este campo ha llegado aún más lejos. Ahora la comunidad científica trabaja en la tercera generación de biomateriales, donde el objetivo es la regeneración de tejidos, o incluso de órganos como el hígado o los riñones.

Está claro que los biomateriales han llegado para quedarse. Un dato: más de 50 millones de personas en todo el mundo tienen implantado algún tipo de prótesis.  Y otro dato, ahora de casa: en los últimos 15 años (1997-2012) se han colocado en España 426.500 prótesis de cadera y 430.000 prótesis de rodilla, casi un millón de componentes, lo que da idea del número de personas que hacen vida normal gracias a los avances en este ámbito.

Es más, María Vallet sostiene que cada vez será más frecuente que a lo largo de nuestra vida necesitemos la ayuda de un biomaterial. La buena noticia es que “hay solución prácticamente para todos los órganos y sistemas corporales”, explica. Vamos, que no podemos impedir que nuestros cuerpos  se estropeen en algún momento, pero al menos contamos con prótesis e implantes que nos faciliten la vida.

Implantes y cuerpo

Media de prótesis implantadas al año en España en el periodo 1997-2012.