En el océano Pacífico hay una isla de roca volcánica que abarca 150 kilómetros cuadrados (del tamaño de 20.000 campos de fútbol) y que está flotando a la deriva. Los primeros avistamientos de esta aglomeración de piedra pómez fueron hechos por navegantes australianos en 2019.
La isla flotante está compuesta de piedra pómez, una roca liviana llena de burbujas de aire que puede flotar en el agua. Se produce cuando el magma volcánico se enfría rápidamente.
El profesor Scott Bryan, un geólogo que estudia las muestras en la QUT, dijo que esas masas se pueden ver aproximadamente una vez cada cinco años en la región.
Desde entonces, los investigadores han estudiado muestras de piedra pómez —desde rocas del tamaño de una canica hasta de una pelota de baloncesto— para conocer los detalles de este mineral.
Por qué flota la piedra pómez
Aunque los científicos sabían que la piedra pómez puede flotar gracias a las bolsas de gas que contiene en sus poros, se desconocía cómo esos gases permanecen atrapados en su interior durante periodos prolongados. Por ejemplo, si una esponja absorbe suficiente agua, se hunde.
Estudios con rayos X han ayudado a los científicos a resolver este misterio escaneando el interior de muestras de rocas volcánicas ligeras, vidriosas y porosas conocidas como piedras pómez.
“En un principio se pensó que la porosidad de la piedra pómez está esencialmente sellada”, dijo Fauria, como una botella tapada con corcho que flota en el mar. Pero, en realidad, los poros de la piedra pómez están en gran medida abiertos y conectados, más parecidos a los de una botella descorchada. “Si le quitas el tapón y sigue flotando…”.
La flotabilidad sorprendentemente duradera de estas rocas -que pueden formar manchas de escombros kilométricas en el océano conocidas como balsas de piedra pómez que pueden viajar miles de kilómetros- puede ayudar a los científicos a descubrir erupciones volcánicas submarinas.
Más allá de eso, aprender sobre su flotación puede ayudarnos a entender cómo disemina especies por el planeta; la piedra pómez es rica en nutrientes y sirve fácilmente como portadora marítima de vida vegetal y otros organismos. La piedra pómez flotante también puede ser un peligro para los barcos, ya que la mezcla cenicienta de piedra pómez molida puede atascar los motores.
Esta animación, producida a partir de una serie de imágenes de microtomografía de rayos X recogidas en la Fuente de Luz Avanzada del Laboratorio de Berkeley, muestra una muestra de piedra pómez en forma de cubo (azul-gris) y bolsas de gases atrapados (otros colores). La animación también muestra el líquido (a los 18 segundos) que rodea los gases.
Los investigadores descubrieron que el proceso de captura de gas que se produce en las piedras pómez está relacionado con la “tensión superficial”, una interacción química entre la superficie del agua y el aire que hay sobre ella que actúa como una fina piel, lo que permite a algunas criaturas, como insectos y lagartos, caminar sobre el agua.
El proceso que controla esta flotación tiene lugar a escala del cabello humano. Muchos de los poros son muy, muy pequeños, como finas pajitas enrolladas. Así que la tensión superficial es la fuerza dominante.
El estudio también descubrió que una formulación matemática conocida como teoría de la percolación, que ayuda a comprender cómo un líquido penetra en un material poroso, se ajusta bien al proceso de captura de gas en la piedra pómez. Y la difusión de gases -que describe cómo las moléculas de gas buscan zonas de menor concentración- explica la eventual pérdida de estos gases que provoca el hundimiento de las piedras.
Michael Manga, científico de la División de Geociencias Energéticas del Laboratorio de Berkeley y profesor del Departamento de Ciencias Planetarias y de la Tierra de la Universidad de Berkeley, que participó en el estudio, declaró: “Hay dos procesos diferentes: uno que hace flotar la piedra pómez y otro que la hunde”, y los estudios con rayos X ayudaron a cuantificar estos procesos por primera vez. El estudio demostró que las estimaciones anteriores del tiempo de flotación estaban en algunos casos desviadas en varios órdenes de magnitud.
El agua rodea y atrapa los gases en la piedra pómez, formando burbujas que hacen que las piedras floten. La tensión superficial sirve para mantener estas burbujas encerradas durante periodos prolongados. El balanceo observado en experimentos de laboratorio sobre la flotación de la piedra pómez se explica por la expansión del gas atrapado durante el calor del día, que hace que las piedras floten temporalmente hasta que baja la temperatura.
El trabajo con rayos X realizado en el ALS ayudó a los investigadores a desarrollar una fórmula para predecir cuánto tiempo flotará normalmente una piedra pómez en función de su tamaño. Manga también ha utilizado en el ALS una técnica de rayos X llamada microdifracción, útil para estudiar el origen de los cristales en rocas volcánicas.