Minerales que se ven y oyen, aquí y en Marte

Los conocidos como los tres monos sabios representados en el santuario de Toshogu en Japón, muestran cómo el ser humano debe estar reticente ante cualquier tipo de mal ya sea el que se dice, el que se escucha o el que se ve. Los simios ocultan sus sentidos con sus manos. Así, permanecen impasibles ante lo que les rodea. Sin embargo, la ciencia avanza por unos derroteros muy diferentes. Uno de sus objetivos es ver y oír, cuanto más mejor, para poder decir todo lo referente al objeto de estudio.

Los tres monos sabios representados en el santuario de Toshogu en Japón. Fuente: Instagram @gachimaya.

Si además se unifican los canales en la recepción de lo que nos llega del exterior, mucho más completo podrá ser el discurso en la especificación y caracterización del entorno, desde el más cercano hasta el planeta más remoto o los abismos más profundos del océano.

Eso, precisamente, es lo que ha hecho un equipo de investigación de la Universidad de Málaga: unificar el sonido con el análisis químico obtenido mediante luz para obtener información más precisa sobre la composición de ciertos minerales. Así, los expertos presentan en un artículo publicado en la revista Analytical Chemistry, el uso de un sistema para detectar compuestos en rocas de una manera más exacta. Mediante la fusión de distintos tipos de datos recabados con una misma tecnología láser, logran resultados inmediatos y con muestras de pequeño tamaño. Las investigaciones se han realizado en laboratorio simulando las condiciones atmosféricas de la Tierra y de Marte.

Los expertos han fusionado la información espectral y la que ofrece la propagación del sonido para obtener datos más fiables. Fuente: Anal. Química 2022, 94, 3, 1840-1849.

La tecnología utilizada para mejorar la definición de la composición atómica de rocas se conoce como espectroscopía de plasmas inducidos por láser (LIBS). Consiste en la emisión de un haz de luz que transforma el estado de la materia de sólido a plasma. En tan sólo una millonésima de segundo, el sistema capta la emisión de los elementos que constituyen la muestra en una escala de análisis que alcanza el attogramo, del orden de la masa que podría tener un virus. Al mismo tiempo que se produce el cambio de materia, se origina una onda acústica en la detonación del mineral. Los expertos han fusionado la información espectral y la que ofrece la propagación del sonido para obtener datos más fiables.

En relación a los resultados obtenidos con LIBS o el conjunto de datos acústicos por separado, el nuevo sistema mejoró la información pasando de un 90 y 77% respectivamente a un 92 en condiciones atmosféricas terrestres y de un 85 y 81% a un 89% en el caso de Marte.

Es decir, el nuevo sistema logra mejorar los resultados de los análisis incluyendo los datos acústicos de la intervención del láser, con una pequeñísima muestra y de forma instantánea. “Demostramos por primera vez que la onda acústica producida por láser en la muestra se puede utilizar para la creación de un descriptor estadístico y mejorar la capacidad de LIBS para la diferenciación de rocas”, indica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Málaga, Javier Laserna autor del artículo.

El investigador de la Universidad de Málaga, Javier Laserna autor del artículo.

Cocina fusión con LIBS

LIBS es ampliamente utilizado por la comunidad científica para la determinación de la composición de rocas, minerales y suelos en distintas condiciones por su alto rendimiento, rapidez y fiabilidad. Sin embargo, los expertos han dado un paso más al evaluar, de manera simultánea la entrada de la respuesta acústica que ofrecen los plasmas inducidos por el láser. De esta manera, identifican de una manera mucho más exacta las muestras geológicas.

Concretamente, los investigadores seleccionaron dos grupos de minerales, 6 ricos en hierro y 6 ricos en calcio. La hipótesis inicial apuntaba que la composición elemental debía traducirse en espectros LIBS muy similares dentro de cada grupo. Estos elementos son abundantes en el sistema solar y han sido detectados tanto en meteoritos de origen marciano como en materiales analizados en el propio planeta.

En el caso del calcio, uno de los componentes principales en la formación de rocas, su presencia y ordenación ofrece información relevante en el estudio sobre el origen de los planetas Mercurio, Venus, la Tierra y Marte.

El proceso para la obtención de los datos de LIBS y de las respuestas acústicas se origina a partir de la misma prueba que consiste en la aplicación de pulsos láser sobre la muestra. Sin embargo, la información que ofrecen es totalmente distinta. En LIBS, la señal proviene principalmente de los átomos que han sufrido un proceso de fragmentación, atomización, ionización y excitación. Es decir, la materia se transforma en plasma y los átomos quedan disponibles para su análisis. En el caso de la acústica, la onda se genera por la expansión supersónica del plasma hacia la atmósfera. Dado que las señales analizadas provienen de fenómenos diferentes, la combinación de ambos puede aportar información complementaria para la obtención de nuevos datos que identifiquen con mayor claridad los distintos elementos y su ordenación.

El sistema se basa en un haz de luz y capta la emisión de los elementos que constituyen la muestra y, al mismo tiempo, la onda acústica que se produce en la detonación del mineral. Fuente: Anal. química 2022 , 94 , 3 , 1840-1849.

Este modelo podría servir para el análisis de materiales en ambientes complejos, por ejemplo, los realizados en otras atmósferas como en la de Marte o a grandes profundidades en el océano. Los expertos continúan sus estudios para la implantación de la técnica en entornos abiertos, ya que la presencia de ecos o interferencias puede modificar la señal acústica y los valores. También se plantean mejorar los datos obtenidos en la atmósfera de Marte con micrófonos más sensibles.

De esta manera, el pasado queda atrás. Los monos van abriendo sus dedos para dejar entrever cada vez con mayor claridad y nitidez la exactitud de la arquitectura del universo gracias a los avances de la ciencia. Hay que ver y oír, mejorando la técnica, como han hecho estos expertos, para contar al mundo la verdadera realidad que nos rodea, buscando en cada paso una mayor precisión y rigurosidad en los datos que se obtienen.

Más información en #CienciaDirecta: Validan un nuevo método que analiza minerales en condiciones terrestres y marcianas

Nota de prensa #CienciaDirecta en inglés: Validation of a new method to analyse minerals under Terrestrial and Martian atmospheric conditions