Troodon

El Troodon (también escrito Troödon en fuentes antiguas) es un género de dinosaurio pequeño parecido a las aves. La única especie conocida lleva el nombre científico de Troodon Formosus. La palabra Troodon proviene del idioma griego y significa “diente hiriente” en referencia a los dientes del dinosaurio que tienen prominentes bordes serrados, la palabra Formosus proviene del latín y significa hermoso. Su clasificación científica es la siguiente.

Reino: Animalia (Animal)
Filo: Chordata (Cordado)
Clase: Sauropsida (Saurópsido)
Superorden: Dinosauria (Dinosaurio)
Orden: Saurischia (Saurisquio)
Suborden: Theropoda (Terópodo)
Familia: Troodontidae (Trodóntido)



Una de las representaciones del Troodon, aquí con un aspecto más cercano al de los reptiles y ojos adaptados para la visión nocturna.

Fue originalmente llamado Troödon (con la diéresis) por Joseph Leidy en 1856 (fue uno de los primeros dinosaurios descubiertos en Norteamérica) su nombre fue cambiado a Troodon en 1876 por H. E. Sauvage. El diente que se encontró primero fue clasificado como perteneciente a un lagarto por Leidy, pero reasignado como perteneciente a un dinosaurio Megalosáurido por Franz Nopsca en 1901, en 1924 Charles Gilmore sugirió que el diente perteneció a un dinosaurio herbívoro llamado Stegoceras, pero en 1945 Charles Sternberg rechazo la posibilidad de que el diente fuera del Stegoceras. Los primeros restos fósiles encontrados del Troodon que no fueron dientes, corresponden a un pie, fragmentos de una mano y algunas vértebras encontrados en Alberta (Canadá) lo más destacable de estos restos fue la garra alargada en el segundo dedo del pie, el cual es reconocido como característica del clado Deynonichosauria y fue considerado por Sternberg como un nuevo dinosaurio al cual denominó Stenonychosaurus y lo consideró miembro de los Coeluridae. Un esqueleto más completo fue descrito por Dale Russell en 1969, Phil Currie en 1987 revisó todo lo que se conocía de los Troodontidae (la familia a la que pertenece el Troodon) y reclasificó al Stenonychosaurus como un sinónimo menor del Troodon, este último nombre se impuso debido a ser el primero que se utilizó.



Fósil de un diente del Troodon, presenta sus bordes aserrados.



Fósil de una garra del Troodon.



Representación del esqueleto de un Troodon en plena persecución, expuesto en el “Museum of the Rockies” en Bozeman, Montana, Estados Unidos, se nota un “segundo grupo de costillas” posiblemente soportado por los órganos internos.

El Troodon fue un dinosaurio pequeño, de entre de 2 y 3.5 metros de longitud y 1 metro de altura, pesaba entre unos 45 y 60 kilogramos. Vivió durante el Cretácico Superior (hacia el final de la era de los dinosaurios) desde hace unos 76 hasta 65 millones de años, sus restos fósiles han sido encontrados en las formaciones Judith River y Two Medicine en Montana y Wyoming, en la formación del Cañón Horseshoe en Alaska, además de las formaciones Lance y Hell Creek también en Estados Unidos, en la formación Dinosaur Park en Alberta, Canadá y en México. La evidencia apunta a que el Troodon prefería los climas templados, siendo particularmente abundantes en áreas del norte y durante intervalos frescos, tales como el Maastrichtiano temprano (En escala geológica, es la última etapa del periodo Cretácico, donde prosperaron los últimos dinosaurios) Debido a las diferencias de tamaño de los fósiles, la distancia territorial y al extenso periodo de tiempo en que vivieron se cree que existieron varias especies de Troodon.

Tenía extremidades esbeltas y muy largas, que sugieren que el animal tenía la capacidad de moverse rápidamente. Sus brazos estaban doblados sobre el tórax como los de un ave, estas características lo asocian con las aves, siendo considerado como uno de los posibles antecesores de las aves. Poseían garras retractiles con forma de Hoz en su segundo dedo del pie, el cual se levantaba del suelo cunado corría, debido a esta característica algunos científicos consideran al Troodon como un miembro de los Maniraptora (del griego “con manos de ladrón” que engloba a dinosaurios como el Ornitomimus, el Deinonychus y el famoso Velociraptor).

El Troodon podría haber estado cubierto por plumas o protoplumas las cuales le podrían haber proporcionado aislamiento térmico lo cual reafirmaría la teoría de que eran animales de sangre caliente, investigaciones apuntan a que el Troodon probablemente habría dormido cubriendo su cabeza con sus brazos lo cual mantendría el calor durante la noche. Sus ojos eran grandes mayores que los de la mayoría de los animales terrestres actuales (posiblemente sugiriendo actividad nocturna) y un poco al frente de la cara, dándole al Troodon algo de percepción de profundidad (es decir tenía mejor habilidad de percibir visualmente las 3 dimensiones y por lo tanto tenía más precisión de medir la distancia hasta un objeto), de hecho la mayoría de reconstrucciones de los ojos del Troodon apuntan más hacia adelante que en cualquier otro dinosaurio, lo cual implica que tenía mejor visión binocular que la mayoría de dinosaurios.





Ilustraciones del Troodon en las cual se lo representa cubierto de plumas.

Su ligero cráneo contiene una capsular similar a la encontrada en dinosaurios con parecido a aves no voladoras, el Troodon tuvo uno de los cerebros más grandes conocidos de cualquier dinosaurio, en relación a su masa corporal (esta relación cerebro-masa corporal es comparable a la de las aves modernas). Han sido encontradas marcas en la cavidad craneal, las cuales indican una gran cantidad de circunvoluciones (pliegues sobresalidos que forman ondulaciones en la corteza de los hemisferios del cerebro), aumentando la superficie cerebral, al parecer tenía bien desarrollado el lóbulo occipital (encargado de la memoria y la visión) y poseía un esbozo de lóbulo frontal (que según algunos científicos le pudo conferir de una comunicación compleja e incluso de conciencia) Debido a esto se cree que fue uno de los dinosaurios más inteligentes, incluso más inteligentes que los mamíferos de esa era.

Se piensa que el Troodon fue un depredador que se alimentaba principalmente de animales pequeños, tanto de invertebrados, reptiles y mamíferos, el estudio de su fisonomía y sobre todo de la forma de sus dientes sugiere que fue un omnívoro e incluso que pudo haber sido herbívoro.



El Troodon representado en una cacería nocturna, persiguiendo pequeños mamíferos, de haber sido un animal nocturno es muy probable que fuera de sangre caliente (es decir, que autorregulaba su temperatura sin necesidad de factores externos como el calor del Sol).



También se cree que el Troodon se alimentaba de insectos.

El Troodon ponía sus huevos en un nido, se cree que hacía los nidos con sedimentos y con forma de plato de más o menos un metro de diámetro y con un borde un poco elevado que rodeaba a los huevos, han sido encontrados nidos conteniendo entre 16 y 24 huevos, se cree que el tipo de reproducción del Troodon era intermedia entre el cocodrilo y las aves, ya que los huevos aparecen en pares es posible que tuvieran 2 oviductos (los conductos que tienen las hembras de los animales ovíparos por donde viajan los huevos al exterior) funcionales al igual que los cocodrilos, los huevos del Troodon pesaban aproximadamente medio kilogramo en relación al peso corporal es 10 veces mayor a los del cocodrilo, pero menos de la mitad de lo equivalente para un ave, los restos fósiles de los embriones encontrados dentro de los huevos sugieren que eran precoces (es decir que las crías son capaces desde muy poco tiempo después de su nacimiento de realizar funciones propias del individuo adulto tales como ver, oír, ponerse de pie) e incluso pudieron ser súper precoces. Los autores especializados estiman entre 45 a 65 días la atención que los adultos daban a los huevos en el nido, también creen que las crías no se quedaban mucho tiempo en el nido, sino que se dispersaban casi de inmediatos al igual que los cocodrilos o las aves megápodas actuales (como el talégalo o pavo de matorral), sin embargo restos fósiles de adultos y jóvenes encontrados juntos podrían indicar que los individuos jóvenes habrían aprovechado algún tipo de protección de los padres en un grupo familiar.



Fósiles de huevos de Troodon.



Ilustración de un embrión de Troodon aún dentro del huevo, se cree que al nacer estaban ya muy desarrollados y que podían valerse por si mismos.

El Troodon no fue el dinosaurio más grande o fuerte, incluso no destaca entre los más famosos y posiblemente tampoco fue el más “inteligente”, sin embargo fue uno de los dinosaurios más interesantes que se conocen, la investigación realizada en esta especie ha abierto nuevas teorías e hipótesis en un campo de estudio que por sí mismo ya resulta muy interesante.

Fuentes:

www.wikipedia.org
http://nature.ca/notebooks/english/steno.htm
http://www.dinosauria.com/jdp/misc/trodeggs.htm
http://www.zoomdinosaurs.com/subjects/dinosaurs/dinos/Troodon.shtml
http://www.dinosaur.net.cn/Museum/Troodon.htm
http://dsc.discovery.com/dinosaurs/dinosaur-games/dinosaur-viewer/dinosaur-viewer.html
http://dsc.discovery.com/dinosaurs/troodon-formosus.html
http://www.dinosaur-world.com/feathered_dinosaurs/troodon_formosus.htm

Gestión de desechos radiactivos

Los desechos radiactivos (también conocidos como basura o residuos radiactivos) son subproductos que contienen elementos químicos radiactivos que se generan en procesos nucleares tales como durante la fisión nuclear (utilizado para generar energía eléctrica), el procesamiento de combustible nuclear para reactores o armas nucleares, o en aplicaciones médicas como la radioterapia, básicamente se agrupan o clasifican por su grado de radiactividad (la radiactividad es la emisión de radiaciones, es decir energía en este caso a nivel de partículas subatómicas en radiación alpha, beta y gamma) entre aquellos desechos que tienen baja, media o alta radiactividad.



Barras de combustible nuclear ya gastadas en sellos de acero

Los desechos de baja radiactividad son aquellos materiales cuya radiactividad gamma o beta esta en niveles menores a 0,04 GBq/m³ (Bq es el símbolo de la unidad Becquerel que mide la radiactividad equivalente a una desintegración nuclear por segundo, en esta medición hace referencia a la cantidad de Miles de millones (Giga) de Becquerel por cada metro cúbico) si son líquidos, 0,00004 GBq/m³ si son gaseosos, o la tasa de dosis en contacto es inferior a 20 mSv/h (Sv es el símbolo de la unidad Sievert que mide la cantidad de radiación absorbida por la materia viva, en esta medición hace referencia a la cantidad de miles de Sievert absorbidos por hora) si son sólidos. Solo se consideran a los desechos dentro de esta categoría si además su periodo de semidesintegración es inferior a 30 años.

Los desechos de media radiactividad poseen radiactividad gamma o beta con niveles superiores a los residuos de baja actividad pero inferiores a 4 GBq/m³ para líquidos, gaseosos con cualquier actividad o sólidos cuya tasa de dosis en contacto supere los 20 mSv/h. Al igual que los residuos de baja actividad, solo pueden considerarse dentro de esta categoría aquellos residuos cuyo periodo de semidesintegración sea inferior a 30 años.

Estos desechos son comúnmente producidos en diferentes procesos como:
La minería en la cual es extraído el Uranio
Algunos residuos de la fabricación de combustible para centrales de energía nuclear y en las mismas centrales de energía nuclear tales como la ropa y los materiales que utilizan los trabajadores de ciertas áreas, también las resinas de intercambio iónico o los concentrados del evaporador.
El desmantelamiento de centrales nucleares produce grandes volúmenes de este tipo de desechos incluyendo casi toda la infraestructura que formó parte del edificio.
Los equipos médicos que se usan en tratamientos con isótopos radiactivos, así como también las ropas y materiales que utilizan los médicos, enfermeras, pacientes.
Los materiales o dispositivos que tienen ciertos elementos radiactivos y que son utilizados en la industria o aplicaciones comerciales.
El tratamiento para estos tipos de desechos radiactivos es similar ya que son secados (de ser necesario), prensados (para reducir su volumen) y enviados a instalaciones en las cuales son inmovilizados y aislados utilizando hormigón el cual es suficiente para evitar que la radiación emitida por estos desechos lleguen al medio ambiente y por lo tanto ingresen por ejemplo en la cadena alimenticia, un ejemplo de este tipo de instalación es la de “El Cabril” en España que está en funcionamiento desde 1992 y donde los desechos estarán confinados al menos por 250 a 500 años.



Ciclo del combustible nuclear

Los desechos de alta radiactividad, poseen una radiactividad beta y gamma superior a la de los desechos de media actividad y además su periodo de semidesintegración es superior a los 30 años, llegando en algunos casos a ser de miles y hasta millones de años, representan una mínima parte de la producción total de desechos radiactivos pero son sumamente nocivos para la salud, una mínima cantidad será letal para miles de personas. Son producidos en la generación de energía, la mayor parte de estos residuos son las barras de combustible nuclear (uranio enriquecido) que ha sido irradiado dentro de un reactor nuclear hasta el punto que ya no es útil como generador de reacciones nucleares, también son desechos de alta radiactividad ciertos materiales provenientes del desmantelamiento de centrales nucleares por ejemplo los reactores, además de las armas nucleares y también los elementos transuránicos o materiales contaminados por estos elementos es decir aquellos elementos radiactivos producidos por diversos procesos nucleares artificiales con número atómico mayor que el del Uranio es decir mayor a 92, como por ejemplo el Neptunio, el Americio, o el más común de estos elementos el Plutonio.

Estos desechos son extremadamente difíciles de tratar debido a su altísima toxicidad, en primera instancia son almacenados temporalmente en piscinas que típicamente tiene unos 40 pies de profundidad que son incluidas dentro de los diseños de las centrales de energía nuclear donde estos elementos son sumergidos durante varios años, incluso durante toda la vida útil de la planta de energía nuclear, el agua de la piscina amortigua la radiación manteniéndola en niveles mucho más bajos. Se puede aplicar un proceso llamado reprocesamiento en el cual se hace una separación físico-química de los desechos radiactivos obteniendo isótopos que pueden volver a ser utilizados (por ejemplo el plutonio, uranio, cesio), es lo más cercano al reciclado, pero no todos los isótopos son útiles (por ejemplo el neptunio o el americio), estos isótopos que no pueden ser utilizados, así como otros residuos que no son reprocesados tienen como alternativa el AGP (Almacenamiento Geológico Profundo) es decir ubicar estos desechos en contenedores resistentes a severas condiciones y al paso del tiempo los cuales son puestos en locaciones subterráneas tales como minas profundas o emplazamientos construidos, se requieren que sean estructuras geológicas que han sido estables durante millones de años en formaciones calizas, graníticas o salinas, con el objetivo de que estos desechos queden aislados del resto del medio ambiente durante todo el tiempo (incluso miles de años) que tardan en perder su radiactividad. Finalmente se considera un nuevo proceso llamado transmutación el cual sería utilizado en centrales de energía nuclear de nueva generación, este proceso permitiría reutilizar incluso a los isótopos que no sirven como combustible en la actualidad, sin embargo este proceso requiere a su vez del reprocesamiento.



Concepto de administración de los desechos radiactivos

Dentro del Almacenamiento Geológico Profundo destaca el WIPP “Waste Isolation Pilot Plant” (Planta Piloto para el Aislamiento de Desechos). Se trata de un depósito subterráneo diseñado para la eliminación de desechos transuránicos generados en programas de defensa, tales como ropas, herramientas, residuos, tierra, escombros contaminados con elementos más pesados que el Uranio (especialmente con plutonio) con el objetivo de que sean conservados allí permanentemente. Esta localizado a unos 41 kilómetros al Este de la ciudad de Carlsbad, Nuevo México, Estados Unidos, en el desierto de Chihuahua en una gruesa formación de sal, los desechos son ubicados a una profundidad de aproximadamente 650 metros en las formaciones de sal llamadas Castile y Salado que ha sido estable por cerca de 250 millones de años desde finales del periodo Pérmico.



La tachuela de color amarillo indica el lugar donde está ubicado el WIPP

En 1979 el Congreso de Estados Unidos autorizo la Planta Piloto al Departamento de Energía, los primeros trabajos empezaron en 1981 y las excavaciones subterráneas el año siguiente, el trabajo se prolongó hasta 1989 este mismo año se certifica a los envases CH (manejo de contacto) y el TRUPACT II, desde allí se efectuaron pruebas diversas con respecto a la seguridad y aislamiento que proveía las instalaciones subterráneas, además se aprueban leyes estatales y permisos de la EPA, el 26 de Marzo de 1999 llega el primer cargamento de desechos radiactivos procedentes desde el Laboratorio Nacional de Ingeniería y Medio Ambiente de Idaho y también del Emplazamiento de Tecnología Medioambiental de Rocky Flats. El año 2000 la Comisión Reguladora Nuclear de Estados Unidos certifica a los envases RH 72B para transportar residuos Transuránicos de manejo remoto y a los contenedores pesados “HalfPACT” ese mismo año llega el primer cargamento mixto de desperdicios. En 2003 el Panel 1 queda lleno, lo cual representa alrededor del 10% de la capacidad del WIPP. En 2006 son realizados cambios que permiten al año siguiente recibir residuos Transuránicos de manejo remoto. A la fecha el WIPP ha recibido más de 5.000 cargamentos con desechos radiactivos. Se tiene previsto que estos sigan siendo depositados hasta el año 2070.

Al WIPP llegan dos tipos diferentes de desechos transuránicos: Contact Handled (CH) es decir los que pueden ser manipulados por contacto directo de los trabajadores bajo condiciones controladas sin necesidad de más aislamiento que el envase en si mismo y Remote Handled (RH) es decir aquellos que deben ser manipulados remotamente utilizando dispositivos de aislamiento extra Los envases en los que son aislados los desechos radiactivos son construidos en acero y diseñados con amortiguadores de golpes con una capacidad de 55 galones pero los desechos solo pueden contener una cantidad limitada de líquidos ya que la energía emitida por los materiales residuales podría disociar el agua en hidrógeno y oxígeno, que a su vez podría crear un ambiente explosivo en el interior del contenedor, los envases que son utilizados para los recursos de manejo remoto son llevados de uno en uno debido a su peso, una vez que llegan al WIPP los envases son manejados con la adecuada protección para los trabajadores, después son ubicados en agujeros perforados en las paredes de los cuartos de eliminación del WIPP (mientras los envases de manejo de contacto son dispuestos en hileras en el piso de esos mismos cuartos) luego son embasados primero en un envase y luego en un ataúd una vez en el subsuelo una carretilla los mueve a los emplazamientos horizontales hacia otro agujero perforado y finalmente es insertado un escudo de concreto.



Envase para transportar residuos radiactivos del tipo RH



Trailer transportando envases para residuos radiactivos del tipo CH

El WIPP fue construido sobre una formación natural de roca de halita (también conocida como sal de roca o sal gema) debido a que ofrece algunas ventajas:
Los depósitos de halita por lo general están en áreas geológicamente estables.
Ausencia de flujos de agua, si esta hubiera existido habría disuelto las rocas.
Es relativamente fácil de minar.
Tiene la propiedad de “curar” sus propias fracturas, eventualmente llenará las áreas minadas ofreciendo un sello adicional para los desechos radiactivos llegando hasta a un nivel similar al del concreto.

Uno de los mayores problemas que enfrenta cualquier instalación de este tipo es el transporte, ya que los desechos llegan desde diversos lugares, se ha registrado un record de 35 entregas de desechos radiactivos en una sola semana, este transporte es realizado por vía terrestre a través de cientos y miles de kilómetros en trailers los cuales se desplazan por carreteras que también utilizan millones de personas todos los días, los envases están diseñados para resistir golpes de accidentes sin embargo no puede quedar excluida la probabilidad de que estos envases puedan sufrir daños debido a los impactos de un posible accidentes o a los efectos de un incendio, muy posiblemente el escenario más catastrófico y terrorífico que se puede presentar es que un trailer llevando desechos de tipo RH quede involucrado un accidente de tráfico dentro de un túnel en el cual se produzca un incendio de grandes proporciones, también existe la posibilidad de que se cometa un ataque contra alguno de estos transportes por ejemplo por parte de un grupo terrorista. Además se han propuesto diferentes problemas o fallas del diseño dentro del WIPP tales como:
Falta de análisis de posible escape de radiactividad por medio de los taladros por aire, Problemas con posibles fracturas en la roca, que necesariamente no se sellaran por si solas.
Algunas fallas técnicas que causaron demoras y problemas en la excavación, incluyendo fallas de estabilidad.
El hecho de que la Sal y la Salmuera (agua con alta concentración de sal disuelta) son altamente corrosivas para los contenedores, los cuales podrían degradarse generando gases la utilización de oxido de magnesio como relleno dentro de los confinamientos reduce significativamente el problema, pero no si la salmuera llega a penetrar masivamente sobrecargando la capacidad del relleno.



Instalaciones del WIPP



Manejo de los residuos dentro de las instalaciones del WIPP

Está planeado que los residuos depositados en el WIPP queden aislados durante miles de años, esto plantea un problema muy complejo, debido a que en la actualidad no existen o al menos no se tiene constancia de la existencia de edificaciones construidas por el ser humano que hayan durado ni siquiera 10.000 años, idiomas que antiguamente fueron utilizados por millones de personas ahora han caído prácticamente en el desuso, grandes naciones y potencias tanto militares como económicas desaparecieron o perdieron casi todo su poder, todo esto ha llevado a pensar en lo que ocurriría en un futuro distante en el cual se realicen trabajos especialmente excavaciones en el sitio donde se encuentra el WIPP los desechos radiactivos aún serían altamente peligrosos para la salud e inclusive letales. Por lo tanto se han desarrollado ideas de como alertar a quienes habiten en el futuro de que existe esta amenaza, se han realizado estudios y propuesto los PICs (Passive Institucional Control) que son un grupo de diseños basados en un concepto llamado “defensa en profundidad”, algunos ya construidos otros aún en fase de diseño, este concepto provee de numerosas capas de información y advertencias con mensajes redundantes, con diversos componentes estratégicamente localizados incluyendo:
Un gran terraplén o pared: a modo de cerca de aproximadamente 871 metros por 718 metros con una base de más de 30 metros, unos 10 metros de altura e inclinada para minimizar los efectos de la erosión.
Perímetro de monumentos: Cada uno de aproximadamente 7 metros y medio de altura tanto en los límites del área controlada de unos 10 kilómetros cuadrados y también en sectores cercanos alrededor de 300 kilómetros cuadrados, cada monumento estará construido con 20 toneladas de materiales sólidos, los cuales tendrán grabados mensajes en 7 idiomas con advertencias e información.
Centro de Información: de unos 12 metros por 10 metros y de 4 metros y medio de altura sus paredes interiores y exteriores son de granito estarán grabadas con mensajes tanto en palabras de diferentes idiomas y también en pictogramas, el centro no tiene techo para aprovechar la luz natural.
Cuartos de almacenamiento: Dos cuartos almacenarán la misma información que en la superficie, uno estará enterrado en la pared principal y el otro a unos 6 metros de profundidad en las cercanías.
Señales enterradas: pequeñas señales de advertencia serán enterradas a diferentes profundidades (desde medio metro hasta 5 metros aproximadamente) de forma aleatoria, serán discos de unos 20 cms de diámetro hechos de granito, oxido de aluminio y arcilla, con mensajes en diferentes idiomas.
Archivos: Extensos registros acerca del WIPP serán almacenados, controlados y mantenidos en muchos lugares del mundo, incluyendo datos importantes para definir la localización, diseño, contenido y riesgo asociado con el WIPP, haciendo revisiones periódicas del mantenimiento de estos archivos, adicionalmente se incluye la localización del WIPP en documentos como mapas, atlas, enciclopedias, diccionarios y descripciones del WIPP en textos de estudios para escuelas y colegios.



Posible localización de los PICs

Sin embargo el problema causado por los desechos radiactivos en especial aquellos de alta radiactividad esta lejos de solucionarse, aún no existe una instalación o proceso que de forma confiable y segura pueda encargarse del aislamiento o de la degradación de esta peligrosa basura, en términos más generales se trata de un problema parecido al de cualquier otro tipo de basura o desechos generado por cualquier actividad humana, las soluciones resultan demasiado complicadas o costosas y por lo tanto se sigue gestionando de forma inadecuada.



Imágen de las barras de combustibles en el Reactor Breazeale del Estado de Pensylvania. La luz azul que rodea al combustible es conocido como Radiación Cherenkov, se produce cuando las partículas cargadas viajan a través de la materia (en este caso, agua) a una velocidad mayor a la de la luz.

Fuentes:
www.wikipedia.org
http://www.fecyt.es/especiales/residuos/6.htm
http://www.wipp.energy.gov/
http://www.laneta.apc.org/emis/sustanci/confinam/wipp.htm
http://infoserve.sandia.gov/sand_doc/1992/921382.pdf

Hormigas

Proverbios: Capítulo 6:
Versículo 6: Mira a la hormiga, oh perezoso, mira sus caminos y sé sabio;
Versículo 7: La cual no teniendo capitán, ni gobernador, ni señor,
Versículo 8: Prepara en el verano su comida, y reúne en el tiempo de la siega su mantenimiento.

Proverbios: Capítulo 30:
Versículo 24: Cuatro cosas son de las más pequeñas de la tierra, y las mismas son más sabias que los sabios:
Versículo 25: Las hormigas, pueblo no fuerte, y en el verano preparan su comida;

Las hormigas son animales muy exitosos, que han sobrevivido en climas muy diferentes y se encuentran extendidos alrededor de casi todo el planeta. Su clasificación científica es la siguiente:

Reino: Animalia (Animal)
Filo: Arthropoda (Artrópodo)
Subfilo: Hexapoda (Hexápodo)
Clase: Insecta (Insecto)
Subclase: Pterygota (Pterigoto)
Infraclase: Neoptera (Neóptero)
Superorden: Endopterygota (Endopterigoto)
Orden: Hymenoptera (Himenóptero)
Suborden: Apocrita (Apócrito)
Superfamilia: Vespoidea (Vespoideo)
Familia: Formicidae (Formícidos)



Las hormigas están estrechamente emparentadas con las abejas, avispas, abejorros y sínifitos, las primeras hormigas aparecieron en el periodo Cretácico hace unos 130 millones de años, se cree que el posterior surgimiento de las plantas con flores contribuyó a su diversificación.

Con excepción del Continente Antártico las hormigas han logrado establecerse en el resto del planeta, sin embargo en las islas de Groenlandia, Islandia, algunas de Polinesia y de Hawai hay hormigas pero no son especies nativas, sino que han llegado debido a la intervención (voluntaria o no) del hombre. Sin embargo son mucho más abundantes en las zonas más cálidas y húmedas. Hasta Agosto del 2008 se han catalogado 12.461 especies diferentes, aunque es posible que existan alrededor de 20.000 especies diferentes de hormigas en total. Se estima que las hormigas representan alrededor del 10% de la biomasa (es decir de la masa total de los seres vivos) mundial.

Las diferentes especies de hormigas varían en algunos aspectos físicos, su tamaño va desde 0.75 mm hasta los 52 mm (de algunas reinas). La mayoría son de color negro o rojo, aunque también las hay de color verde y algunas pocas con brillo metálico. Las hormigas, tienen un exoesqueleto duro que les proporciona de consistencia y protección, no tienen pulmones ni un sistema nervioso parecido al nuestro pero tienen órganos que cumplen funciones parecidas, (por ejemplo los espiráculos que son pequeñas válvulas por donde pasan los gases como el oxigeno y el dióxido de carbono, o la aorta dorsal que cumple una función parecida a la del corazón).

En su cabeza tienen 2 ojos llamados ojos compuestos debido a que estos a su vez están formados por muchos ojos (lentes) aunque por lo general su vista es pobre, algunas especies tienen una vista excepcional, sus dos antenas le sirven para detectar químicos, corrientes de aire y vibraciones, sus fuertes mandíbulas que están dispuestas a los lados de la cabeza son utilizadas para llevar comida, manipular objetos (por ejemplo al despejar un camino, o al construir sus nidos) y para pelear.
El mesosoma (tórax) es de donde salen sus 6 patas las cuales les permiten caminar incluso de cabeza, gracias a unos pequeños ganchos, también de aquí salen las alas que tienen algunos ejemplares.
El metosoma (abdomen) es donde están ubicados el sistema reproductor (aunque la mayoría de los ejemplares son estériles), el sistema respiratorio (la traquea) y el sistema excretor, algunas especies tienen un aguijón.



Diagrama que muestra la morfología de una hormiga obrera típica.

Muchas de las especies de hormigas se agrupan en grandes cantidades, formando colonias que incluso pueden llegar a alojar a millones de individuos, estas colonias habitan en nidos también conocidos como hormigueros, algunas especies los hacen solo temporalmente como suelen hacerlo las especies nómadas que avanzan limpiando el camino de insectos, y pequeños vertebrados, solamente acampando cuando la reina acaba de poner huevos, o durante las noches, otras especies aprovechan por ejemplo troncos de árboles viejos los cuales les sirven de base para sus construcciones o sino como alojamiento temporal, otras especies de hormigas prefieren invadir los hormigueros que han sido construidos por otras colonias, las especies que construyen sus hormigueros forman una gran diversidad de complejas estructuras, con túneles por los cuales se trasladan y cámaras en las cuales almacenan la comida, mantienen a las crías (larvas y pupas) e incluso algunas especies cultivan hongos sobre lechos de hojas maceradas, algunas especies no excavan en el subsuelo si no que forman montículos, para la construcción las hormigas utilizan montones de tierra y pequeños pedazos de diferentes materiales que encuentran en la tierra, pero además utilizan una especie de "papel" el cual es hecho con madera masticada por las propias hormigas.

Esta es una breve clasificación de las “clases” de hormigas en una colonia, sin embargo muchas colonias no cuentan con todas estas clases:

Obreras: Son Hembras (aunque hay pocos casos en que son machos) suelen ser la gran mayoría de la población y se encargan de todo el trabajo dentro de la colonia, buscando y recolectando alimento, limpiando y dando mantenimiento al hormiguero, además se encargan de las crías, viven solo muy pocas semanas. A su vez pueden existir obreras un poco más especializadas para trabajos más específicos (esto también esta condicionado por la edad de la obrera), algunas especies tienen obreras que guardan dentro de su cuerpo reservas de alimento (especialmente glucosa y fructosa).
Reina: Es una hormiga hembra con alas que sale solamente para su vuelo nupcial en el cual será fecundada con el esperma que guardará por el resto de su vida, luego perderá sus alas, empezará la construcción del nuevo nido (hormiguero) e iniciará la puesta de huevos por el resto de su vida (de 5 a 15 años dependiendo de la especie), hay casos en que puede existir más de una Reina dentro de una misma colonia. Son más grandes que los demás integrantes de la colonia.
Macho alado o Zángano: son los machos que en la gran mayoría de casos son más pequeños que la Reina, e incluso que las obreras, su única función es fecundar a la Reina durante el vuelo nupcial, después pierden las alas, se vuelven inútiles para la colonia y son abandonados o rechazados y mueren poco después
Soldados: Predominantemente son hembras (aunque hay algunos machos) que existen en algunas especies de hormigas, son un tipo de Obreras (un poco más grandes) que además cuentan con mandíbulas mucho más fuertes y de mayor tamaño (sus mandíbulas pueden estar tan especializadas para el combate que no le sirven para nada más, de hecho en algunas especies los soldados requieren la asistencia de las obreras para poder alimentarse), reciben su nombre debido a que están destinadas exclusivamente para la protección de la colonia (de cualquier enemigo) y para luchar contra otras colonias, en el caso de ser especies invasoras, tiene una esperanza de vida parecida a la de las obreras.



Las hormigas empiezan su vida como huevos (todos puestos por la Reina), se desarrollan después pasando al estado de larvas en el cual son muy atentamente cuidadas y alimentadas por las obreras debido a que apenas pueden moverse, luego llegan al estado de pupas en el cual se completa su metamorfosis para finalmente alcanzar su estado adulto, los primeros días suelen cuidar a la Reina y a otras hormigas jóvenes, después se incorporan a otros trabajos dentro del hormiguero, para posteriormente encargarse de trabajos como transportar comida y la defensa, hacia el final de sus vidas las obreras se encargan de trabajos que son cada vez de mayor riesgo, como por ejemplo explorar en solitario para buscar comida, estudios han demostrado que las hormigas tienen conciencia de su edad, y que en base a esa información hacen su trabajo dentro de la colonia

Para defenderse o atacar las hormigas utilizan la fuerte mordedura de sus mandíbulas, también rocían a sus enemigos con ácido fórmico (también llamado ácido metanoico, es el ácido orgánico más simple de un solo átomo de carbono. Su fórmula es H-COOH (CH2O2), puede generar llagas muy dolorosas, agravándose el caso en personas alérgicas), las hormigas se enfrentan con estas armas a cualquiera que ataque a su hormiguero sin importar su tamaño o número. Las hormigas tienen un aguijón que por lo general están atrofiados

Las obreras (depende de cada especie) pueden levantar objetos que pesan hasta 50 veces su propio peso corporal y con un volumen de 30 veces superior al de su cuerpo
El cerebro de la hormiga tiene aproximadamente 250.000 células cerebrales, en teoría una colonia de 40.000 hormigas tendría la misma cantidad de células cerebrales que un ser humano
Algunas especies de aves pequeñas se lanzan sobre las hormigas pero no con el objetivo de alimentarse de ellas sino para que suban a su plumaje y lancen ácido fórmico el cual mata a los parásitos que portan estas aves
En la noche las obreras mueven los huevos y las larvas a las profundidades del hormiguero para protegerlas del frío. Durante el día, las obreras mueven los huevos y las larvas de la colonia a la parte superior del hormiguero para que puedan estar más calientes.
Las hormigas son famosas por la simbiosis (del griego “sin” = con y “biosis” = viviendo, se define como la interacción entre 2 o más especies diferentes en la que al menos una de las especies resulta beneficiada) que tienen con otros seres vivos
Algunas especies de hormigas “utilizan” a los afidios como “ganado”, las hormigas se dedican a proteger y alimentar a los afidios a cambio del liquido dulce que estos secretan el cual es ingerido por las hormigas
Otras especies de hormigas (llamadas atinos “attini”) recolectan hojas pero no para ingerirlas debido a que no pueden digerir la celulosa de estas hojas, sino que las utilizan para “cultivar” especies de hongos como el Leucocoprinus o Leucoagaricus, estos hongos si pueden digerir las hojas y a su vez se convierten en la comida de las hormigas.
Existen especies de hormigas que viven en determinadas plantas las cuales defienden liberándolas de parásitos recibiendo a cambio alojamiento, protección e incluso alimentación, por ejemplo la especie de hormigas Myrmelachista schumanni (también conocida como hormigas limón) la cual hace sus hormigueros en una planta llamada Duroia hirsuta a la cual protegen de la invasión de otras plantas o parásitos rociando ácido fórmico en sus hojas, que actúa como un potente herbicida, formando áreas en las cuales solamente se desarrolla esta especie de planta.
Ciertas especies de hormigas determinan lugares dentro de sus hormigueros en los cuales acumulan los desperdicios que ellas producen.



Hormiga recolectora de hojas, las cuales se utilizarán para el "cultivo" de hongos



Hormiga "ordeñando" un afidio el liquido azucarado que secretan

Las hormigas se comunican mediante el uso de feromonas (sustancias químicas secretadas con el fin de provocar un comportamiento), en el caso específico de las hormigas se pueden distinguir los siguientes tipos de feromonas:
Feromonas de organización social (sirven para transmitir información, como los niveles de alimento, o las necesidades de la reina)
Feromonas de casta (son para alimentar a las larvas y definir su futuro, si se les aporta la feromona por 2 ó 3 días, de esa larva surgirá una obrera, mientras que si se le aporta por 5 días, surge una soldado, y con más de 12 días, una princesa “reina aún no fecundada”)
Feromonas disparadoras: las cuales a su vez se dividen en:
Feromonas marcadoras de pistas: son dejadas para señalar el camino al encontrar algún alimento.
Feromonas de agregación social: sirven para reconocer a los miembros de una misma colonia y por tanto detectar a los extraños.
Feromonas de alarma: sirven para avisar de la presencia de enemigos o amenazas.
Feromonas sexuales: son producidas por las reinas durante el vuelo nupcial para atraer a los machos (zánganos)

Un impresionante fenómeno que se da en ocasiones es la formación de supercolonias, las cuales están formadas por muchas colonias de una misma especie de hormiga, en 2002 Científicos del Instituto de Ecología de la Universidad de Lausanne, en Suiza, junto con expertos franceses y daneses, han descubierto una supercolonia de hormigas que se extiende a lo largo de 6.000 kilómetros, desde Italia hasta Galicia (España), y que forman el mayor “superorganismo” colectivo viviente conocido hasta la fecha. Está compuesto por millones de hormigueros cuyos miembros están, de esta forma, «físicamente» conectados. Las hormigas de diferentes hormigueros que forman parte de esta supercolonia pueden estar juntas, sin riesgo a rechazo o agresiones, incluso si vienen de zonas muy lejanas.

Finalmente, la famosa fábula de Esopo, curiosamente una historia muy similar es contada por el pueblo maorí (habitantes de Nueva Zelanda)

La hormiga y el escarabajo
Llegado el verano, una hormiga que rondaba por el campo recogía los granos de trigo y cebada, guardándolos para alimentarse durante el invierno. La vio un escarabajo y se asombró de verla tan ocupada en una época en que todos los animales, descuidando sus trabajos, se abandonan a la buena vida. Nada respondió la hormiga por el momento; pero más tarde, cuando llegó el invierno y la lluvia deshacía los abonos, el escarabajo hambriento fue a pedirle a la hormiga una limosna de comida. Entonces sí respondió la hormiga:
Mira escarabajo, si hubieras trabajado en la época en que yo lo hacía y tú te burlabas de mí, ahora no te faltaría el alimento.
Moraleja:
Cuando te queden excedentes de lo que recibes con tu trabajo, guarda una porción para cuando vengan los tiempos de escasez.

Fuente:

http://www.wikipedia.org
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0040-02/clasific.html
http://antbase.org/
http://bio.infdj.com/
http://www.ant-pictures.com/espaniol/ant_facts.htm
http://www.cienciapopular.com/n/Biologia_y_Fosiles/Hormigas/Hormigas.php
http://www.mascosas.net.eu.org/hormigas.htm
http://mirmiberica.org/BHME/clasicos/BHME_clasicos.htm

Diamantes Sintéticos

En esta ocasión presento los diamantes sintetizados en condiciones artificiales.

Los Diamantes sintéticos (conocidos también como: creados en laboratorio, crecidos en laboratorios, fabricados, o cultivados) son cristales de diamantes producidos por un proceso tecnológico, a diferencia de los diamantes naturales, los cuales son producidos por procesos geológicos. Ya que en la actualidad pueden ser hechos por un costo menor a la extracción y procesamiento del diamante natural, son utilizados en muchas aplicaciones industriales. Además es posible mejorar por ingeniería sus propiedades físicas y eléctricas lo cual da a los diamantes sintéticos el potencial para convertirse en una tecnología muy innovadora en muchas áreas.



Diamantes sintéticos

La idea de hacer diamantes sintéticos para joyería menos caros no es nueva. H G Wells describió el concepto en su cuento corto “El Hacedor de Diamantes” publicado en 1911. Karl Marx en “El Capital” comento, “Si fuese posible, convertir carbón en diamantes con un pequeño gasto de trabajo, su valor caería por debajo del de los ladrillos”. Uno de los primeros éxitos en este campo fue reportado por Ferdinand Frédéric Henri Moissan en 1893. Utilizó carbón vegetal a más de 4.000º C con hierro en un contenedor de carbono en un horno eléctrico, en el cual el arco eléctrico fue puesto entre varas de carbón dentro de bloques de oxido de calcio. El hierro fundido fue rápidamente enfriado por inmersión en agua. La contracción generada por el enfriamiento supuestamente debió producir la alta presión requerida para transformar grafito en diamante. Otros científicos intentaron duplicar su experimento. Sir William Crookes afirmo tener éxito en 1900. Ruff afirmó en 1917 haber reproducido diamantes de más de 7mm de diámetro, pero se retracto. En 1926, el Dr. Willard Hershey de la Universidad McPherson duplicó el experimento, produciendo un diamante sintético. El cual esta expuesto en el Museo McPherson en Kansas. Otros experimentos tuvieron mucha dificultad en crear la presión y temperatura. Sir Charles Algernon Parson dedicó 30 años y buena parte de su fortuna para reproducir los experimentos adaptando también sus propios procesos. Escribió artículos (de los primeros acerca de diamantes de alta presión/alta temperatura “HPHT”) en los cuales afirmó haber producido pequeños diamantes. Sin embargo en 1928 autorizó a C. H Desch a publicar un artículo estableciendo que creía que no se habían producido diamantes sintéticos hasta la fecha. Concluyendo que la mayoría fueron parecidos a la Espinela sintética.

En 1941 un acuerdo fue hecho entre General Electric, Norton y Carborundum para sintetizar diamantes. Lograron calentar carbono a cerca de 3.000º C (5342 ºF) bajo una presión de medio millón psi, por unos pocos segundos. La segunda guerra mundial terminó este proyecto que fue reasumido en 1951 por los Laboratorios Schenectady de General Electric, un grupo de diamantes fue formado por F. P. Bundy y H. M Strong. Poco después Tracy Hall y otros se unieron. El grupo mejoró los yunques diseñados por Percy Bridgman, quien recibió un premio Nóbel por su trabajo en 1946. Bundy y Strong hicieron la primera mejoría, otras más fueron realizadas después por Hall. El equipo de General Electric uso un yunque de carburo de tungsteno con una prensa hidráulica para apretar la muestra de carbono sostenida en un contenedor de catlinita, la gravilla resultante empezó a exprimirse fuera del contenedor a través de una junta. Se cree que en esa ocasión se produjo un diamante, pero este experimento no pudo ser repetido.

Hall consiguió la primera sintetización de diamante comercialmente exitosa el 16 de diciembre de 1954 (anunciada el 15 de Febrero de 1955). Su avance fue al usar un aparato de presión llamado cinturón, el cual consiguió elevar la presión de 6 a 18 GPa y la temperatura a 5.000º C, usando un contenedor pirofilita, y con el grafito disuelto en níquel, cobalto o hierro derretido con la función de “catalizador solvente”. El mayor diamante que produjeron fue de 150 micrómetros, claramente inadecuado para joyería pero muy útil como abrasivo industrial. Hall fue capaz de que sus ayudantes replicaran su trabajo y el descubrimiento fue publicado en la revista Nature. Hall fue la primera persona en hacer crecer un diamante sintético de acuerdo a un proceso reproducible, verificable y atestiguado. Hall dejo General Electric en 1955 y desarrolló una prensa tetraédrica con cuatro yunques, el cual es un aparato independiente para sintetizar diamantes.

Otro éxito en la síntesis de diamantes fue producido el 16 de Febrero de 1953 en Estocolmo, Suecia por el proyecto QUINTUS de ASEA (Allemanna Svenska Elektriska Aktiebolaget), la mayor compañía manufacturadora eléctrica de Suecia usando un voluminoso aparato esférico diseñado por Baltzar von Platen y Anders Kämpe. La presión fue mantenida en el dispositivo a unas 83.000 atmósferas (8.4 GPa) por una hora. Unos pocos cristales de diamante fueron producidos. Durante los ochentas un nuevo competidor emergió en Corea del Sur llamado “Iljin Diamond” seguido por cientos de participantes chinos. “Iljin Diamond” supuestamente consiguió información secreta mediante un ex-empleado coreano de General Electric en 1988. Los primeros Cristales de diamantes sintéticos de calidad para joyería fueron producidos en 1970 de nuevo por General Electric. Los cristales grandes necesitan crecer muy lentamente bajo condiciones extremada estrictamente controladas. Los primeros éxitos se consiguieron usando un tubo de pirofilita sembrado con delgadas piezas de diamante y con el grafito puesto en el centro, el solvente metal, (níquel), fue puesto entre el grafito y las piezas de diamante. El contenedor fue calentado y la presión incrementada hasta casi 55.000 atmósferas. El cristal crece fluyendo desde el centro al final del tubo, mientras más tiempo dure el proceso, mayor será el tamaño de los cristales (inicialmente una semana) un proceso de crecimiento largo produce diamantes de calidad para piedras preciosas de cerca de 5mm y un quilate. El grafito puede ser pronto remplazado por arenilla de diamante, al casi no haber cambio en el volumen del material el proceso es fácil de controlar. Los primeros diamantes con calidad de piedra preciosa fueron predominantemente cúbicos y octaédricos, y debido a la contaminación con Nitrógeno, fueron de color amarillo o café. Las inclusiones fueron comunes, especialmente “placas” de níquel.

Al remover todo el Nitrógeno del proceso adicionando Aluminio o Titanio produjo un diamante “blanco”, mientras que quitando el Nitrógeno y añadiendo Boro produjo uno azul. Sin embargo remover el Nitrógeno ralentiza el proceso de crecimiento y reduce la calidad del cristal, así que el proceso es normalmente hecho con Nitrógeno presente. En términos de propiedades físicas, los diamantes de General Electric no fueron idénticos a los diamantes naturales. Los diamantes sin color fueron semiconductores, además de fluorescentes y fuertemente fosforescentes bajo una onda corta de radiación ultravioleta pero fueron inertes bajo radiación ultravioleta de onda larga, (en la naturaleza solo los diamantes azules pueden hacer esto). Todos los diamantes de General Electric también mostraron una fuerte fluorescencia amarilla bajo los rayos X. El Laboratorio de Investigación de Diamantes de De Beers ha hecho crecer diamantes arriba de los 11 quilates, pero la mayoría de los diamantes son de alrededor de 1 a 1.5 quilates por razones económicas, especialmente desde los ochentas con la propagación de los aparatos rusos “BARS”. Siguiendo el trabajo de las investigaciones de John Angus y Boris Spitsyn en el Instituto Nacional de Investigación de Materiales Inorgánicos en Tsukuba, Japón, que produjo diamantes en menos de una atmósfera y a solo 800º C a través depósitos de vapores químicos (CVD). Los japoneses empezaron su investigación en 1974 y reportaron su éxito en 1981. Los diamantes con calidad de joyería crecen en un laboratorio, que puede ser químico, físico u óptico idéntico a lo que ocurre naturalmente, si bien pueden ser distinguidos por espectroscopio en longitud de onda infrarroja, ultravioleta, o rayos X. El identificador “DiamondView” de DeBeers usa fluorescencia ultravioleta para detectar rastros de impurezas de Níquel u otros metales en diamantes HPHT o Hidrógeno en algunos diamantes LP CVD.

Existen algunas tecnologías para fabricar diamantes sintéticos, entre ellas:

Alta Presión, Alta Temperatura (High Pressure High Temperature “HPHT”)
El método de General Electric es llamado HPHT (Alta Presión, Alta Temperatura). Donde hay dos prensas principales utilizados para suministrar la presión y la temperatura necesaria para producir diamantes sintéticos. Estas prensas pueden pesar unas doscientas toneladas y producen una presión de 5 GPa a 1.500º C recreando las condiciones en las que se crean los diamantes naturales dentro de la Tierra. Existen dos diseños básicos: la prensa de cinturón y la prensa cúbica. Existen además otros diseños, pero no son utilizados para fabricación a escala industrial.

La invención original de General Electric por Tracy Hall, utilizó la prensa de cinturón, en donde los yunques superior e inferior proporcionan la carga de presión y calor a un volumen cilíndrico. Esta presión interna es confinada radialmente por un cinturón de bandas de acero pre-tensadas. Una variación de las prensas “cinturón” utiliza presión hidráulica para confinar la presión interna bastante más que con los cinturones de acero. Las prensas de cinturón aún son utilizadas hoy en día por los mayores fabricantes en escala mucho mayor que otros diseños.

El segundo tipo de diseño de prensa es la prensa cúbica. Una prensa cúbica tiene 6 yunques que proveen la presión simultáneamente en todas las caras de un volumen con forma de cubo. La primer prensa multi yunque diseñada fue una prensa tetraédrica, usando solamente 4 yunques para converger sobre un volumen con forma de tetraedro. La prensa cúbica fue creada poco después para incrementar el volumen presurizado. Típicamente es más pequeña que una prensa de cinturón y puede conseguir la presión y temperatura necesaria para crear diamantes sintéticos más rápido. Sin embargo, la prensa cúbica no puede ser fácilmente escalada para incrementar el volumen. Es decir, se puede incrementar el volumen presurizado por cada incremento de tamaño de los yunques, debido a que al incrementar por un gran factor la cantidad de fuerza necesaria en los yunques para adquirir una presurización similar, o por el decrecimiento del la superficie del área en proporción al volumen o del volumen presurizado usando más yunques para converger sobre un sólido platónico diferente (como un dodecaedro), pero esta prensa podría ser innecesariamente compleja y difícil de fabricar.





Esquemas de creación de diamantes por medio HPHT (High Pressure High Temperature) (Alta Presión Alta Temperatura)

El (CVD) depósito por valor químico de diamante es un método para hacer crecer diamantes creando el ambiente y las condiciones necesarias para que los átomos de carbono en un gas se posen en un substrato de diamante de forma cristalina. Este método de crecimiento de diamantes ha sido el tema de un gran acuerdo de investigación desde principios de los ochentas, especialmente debido a sus aplicaciones potenciales en las herramientas de cortado, semiconductores y para joyería.

Los japoneses (pioneros en esta área) pasaron una mezcla de carbono conteniendo gas (metano en su caso) e hidrógeno en un tubo de cuarzo a una presión de 0.05 atmósferas. Usando microondas la mezcla fue calentada a 800º C, desasociando al metano y al hidrógeno en sus formas elementales. El carbono es depositado en un sustrato, la mayoría es grafito pero una muy pequeña proporción es cristal de diamante. El grafito es removido por el hidrógeno dejando una delgada capa de diamante; inicialmente la capa fue de alrededor de 25 nanómetros de espesor. Los diamantes nanocristalinos producido a través del crecimiento de diamantes CVD, por ejemplo, puede dar un amplio rango de dureza desde el 30% al 75% de diamantes de cristal único, y la dureza puede ser controlada para ser usada en aplicaciones específicas. Algunos cristales de diamante únicos crecen a través de depósitos por vapor químico, los cuales son más duros que cualquier otro diamante natural conocido.





Esquemas de creación de diamantes por medio CVD (Chemical Vapor Deposition) (Depósito por valor químico)

Detonación explosiva, los nanocristales de diamante pueden ser formados de la detonación de ciertos explosivos, resultando en la formación de nanodiamantes por detonación. Estos nanodiamantes están solamente ahora empezando a alcanzar el mercado en cantidades a granel, principalmente desde Rusia y China.

Formación de cavidades por Ultrasonidos, los nanocristales de diamante pueden ser sintetizados desde una suspensión de grafito en un líquido orgánico a presión atmosférica y temperatura ambiente, usando la formación de cavidades por ultrasonidos. El rendimiento es de aproximadamente el 10%. Se estima que el costo de producir nanodiamantes por este método sea competitivo con el proceso HPHT.

Polímero Precerámico, el diamante hexagonal (a diferencia del “cúbico” o “Lonsdaleite) puede ser formado de la descomposición termal del polímero precerámico poli(hidridocarbino) bajo la presión de una atmósfera de Argón y temperaturas sobre los 110º C.

Dada la extraordinaria cantidad de propiedades físicas del diamante, este puede tener una amplia gama impactante en muchos campos:

Los diamantes han sido utilizados en herramientas de maquinaria y de cortado, especialmente para tratar aleaciones no ferrosas. Aunque todavía los diamantes naturales se utilizan para esto, la cantidad de diamantes sintéticos es mucho mayor. El uso más común de los diamantes en herramientas de cortado es hecho al distribuir granos de diamantes de tamaño micrométrico en una matriz de metal (por lo general de cobalto), endureciéndola y luego pegando partículas metálicas en la herramienta. Esto es típicamente referido en la industria como diamante poli-cristalino (PCD). Este tipo de herramientas son a menudo usados en la minería y en la industria de cortado automático de aluminio. Las herramientas de diamantes han sido desarrolladas para piedra, construcción, cortado fácil, demolición de estructuras, etc. Desde hace algunos años se ha trabajado con la esperanza de usar la técnica de crecimiento de diamantes (CVD) para cubrir las herramientas con diamantes y aunque el trabajo aún es prometedor no ha desplazado todavía a las herramientas PCD





Herramientas que utlizan diamantes sintéticos

Los diamantes CVD también tienen aplicaciones en electrónica. El diamante conductivo es un útil electrodo bajo muchas circunstancias. El Profesor de química Robert Hamers de la Universidad de Winsconsin-Madison desarrollo métodos fotoquímicos para enlaces covalentes en la superficie del diamante policristalino producido a través de CVD. Además, los diamantes pueden detectar reacciones de reducción de oxidación que ordinariamente no se podrían estudiar y en algunos casos degradando los contaminantes del reactivo de reducción de oxidación orgánico en los suministros de agua. Debido a que el diamante es casi completamente inerte químicamente y puede ser usado como un electrodo bajo condiciones que destruirían a los materiales tradicionales. Para situaciones tales como tratamiento de aguas residuales, también la producción de fuertes oxidantes. Algunas compañías producen electrodos de diamante

Los diamantes muestran ser una potencial gran promesa para aparatos detectores de radiación. Los diamantes tienen una densidad similar al tejido suave, su fuerte radiación y su amplio ancho de banda son empleados en aplicaciones como el detector BABAR en Stanford

Los diamantes también tienen potencial como semiconductores. Esto es debido a que los diamantes pueden ser “dopados” con impurezas como el Boro y el Fósforo. Desde estos elementos contienen un electrón de valencia más o uno menos que el carbono, ellos convierten al diamante en un semiconductor de tipo p o tipo n. Los transistores de diamante funcionan a temperaturas que muchas veces el silicón no, y son resistentes a los daños químicos y radioactivos. No hay transistores de diamantes que hayan sido exitosamente integrados en electrónica comercial, pero muestran potencial para uso en situaciones que involucran altísimas cantidades de energía y ambientes hostiles

Los diamantes con crecimiento CVD ha sido usado en conjunción con técnicas litográficas para encerrar microcircuitos dentro de diamantes. Los investigadores en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y la Universidad de Alabama en Birmingham, utilizó este proceso para crear yunques de diamantes diseñados como una nueva prueba para mediciones eléctricas y propiedades magnéticas de los materiales a ultra alta presión usando una Célula de Yunque de Diamantes

Los diamantes HPHT de “tipo IIa” se están aproximando a la muy alta pureza y la estructura perfecta cristalográfica requerida para remplazar al silicón en aplicaciones como tomografías de rayos X, con imágenes de sincrotrón, ellos pueden servir para incrementar sustancialmente la siguiente generación de fuentes de luz.

El Prof. Dean Ho, el Dr. Houjin Huang, y el Dr. Erik Pierstorff de la Universidad del Noroeste, en colaboración con el Dr. Eiji Osawa de el Instituto de Investigación del NanoCarbono en Japón, han demostrado que los nanomateriales pueden hacer un puente directo de las drogas de la quimioterapia a las células sin producir los efectos negativos que hacen las actuales técnicas. Grupos de nanodiamantes rodearían los bloques de drogas separándolas de las células sanas, evitando el daño innecesario, y después soltándolas sobre los objetivos. También, los demás diamantes, cientos de miles los cuales podrían ser colocados en el ojo de la aguja de una jeringuilla, sin inducir inflamación en las células una vez hecho su trabajo

Piedras preciosas
Algunas compañías actualmente producen gemas hechas a través de la tecnología HPHT, que crecen en repartos esféricos, estos cristales crecen cámaras parecidas a lavadoras. El dispositivo es bañado con una pequeña pieza de diamante natural, en carbono fundido a 1500º C y 58.000 atmósferas (5.9 GPa). Esto produce un diamante áspero que puede ser cortado y pulido a un tamaño cerca de la mitad original. “D. NEA” antiguamente “Adia Diamantes”, produce diamante en varias tonalidades de amarillo, anaranjado, azul y blanco (sin color). El color azul se produce al dopar el diamante con mayor cantidad de boro que de nitrógeno, durante el proceso de crecimiento. Los diamantes blancos se obtienen en un ambiente libre de nitrógeno y boro, lo cual hace muy difícil de producirlos, los diamantes amarillos son mas rentables debido a que pueden hacerse más rápidamente y a menor costo, que los diamantes azules o sin color. El mayor diamante sintetizado de esta forma fue un diamante amarillo de 34 quilates. Apollo Diamond es una compañía que actualmente produce diamantes para joyería a través de deposición por vapor químico y vende diamantes claro para joyería. LifeGem es una compañía que ofrece sintetizar diamantes de los restos carbonizados de personas o mascotas





Diamantes sintéticos con calidad para ser utilizados en la joyería

La industria de diamantes extraídos de minas esta evaluando contramedidas de marketing y distribución para estas alternativas mucho menos costosas. Debido al perfeccionamiento de las técnicas para el crecimiento de los cristales de diamantes los cuales tienen la calidad suficiente para ser utilizados en joyería Los tres grandes distribuidores de diamantes naturales han hecho públicas declaraciones acerca de la venta de sus diamantes y han implementado medidas para inscribir números seriales con láser en sus piedras preciosas


http://www.wikipedia.org
http://www.glossary.oilfield.slb.com/DisplayImage.cfm?ID=343
http://www.yalonggroup.com/En/product.asp?page=2&Pro=
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http://www.tvu.com/PC60diamWeb.htm
http://www.diamondlab.org/80-hpht_synthesis.htm
http://d.neadiamonds.com/

El Diamante

En esta oportunidad presento un tema un poco diferente, es acerca de la piedra preciosa más valiosa existente en la naturaleza.

El diamante es la única gema que esta conformada por un solo elemento, el diamante es en realidad Carbono, su nombre proviene del griego antiguo ἀδάμας (adamas) que significa invencible, indomable, de ἀ (a-) “in” y δάμας (damao) “domable, domesticable”. Se han atesorado como piedras preciosas desde su uso como íconos religiosos en la antigua India y usado como herramientas de grabado. Los diamantes se hicieron más populares desde el siglo XIX debido al aumento del suministro, mejores técnicas de cortado y pulido, crecimiento de la economía mundial y a las exitosas campañas publicitarias.



El diamante Cullinan I también conocido como la Estrella de Africa o la Gran Estrella Imperial de Africa, es el diamante tallado más grande del mundo con 34 facetas y 530,20 quilates, es la pieza más grande que resultó de la división del diamante Cullinan, los cuales pertenecen a la familia Real de Inglaterra.

El diamante es uno de los alótropos del carbón (el otro es el grafito) en el cual los átomos del carbono están ordenados en un retículo de cristal hexaoctaedro isométrico, por lo tanto es un cristal transparente formado por átomos de carbono unidos tetraedricamente (es decir con cuatro enlaces, el de grafito solo tiene 3) en la estructura de los lados del sistema cúbico del diamante. Los diamantes han sido adaptados para muchos usos debido a sus excepcionales características físicas. Lo más notable es su extrema dureza, su gran índice de dispersión refractiva (de la luz) y su extremamente alta conductividad térmica (900 – 2320 W/m K). A una temperatura cercana a los 1700º C (1973º K / 3583º F), el diamante se convierte en grafito. Los diamantes naturales tienen un rango de densidad desde 3.15 hasta 3.53 g/cm^3, el diamante más puro típicamente se acerca mucho a los 3.52 g/cm^3

Aproximadamente 130 millones de quilates (26.000 Kilogramos) son extraídos de las minas anualmente, con un valor total cercano a los 9.000 millones de dólares, y cerca de 100.000 Kilogramos son sintetizados anualmente (fabricados artificialmente mediante procesos industrializados). El 49% de los diamantes vienen del Centro y Sur de Africa, aunque fuentes significativas del mineral han sido descubiertas en Canadá, India, Rusia, Brasil y Australia. Son extraídos de cavidades y diques volcánicos de kimberlita y lamproita, en yacimientos primarios como en minas a cielo abierto (creando un gran agujero “big hole” el cual se va haciendo tan extenso y profundo como sea necesario) o minas subterráneas (cavando túneles en la Tierra) y en yacimientos secundarios donde se depositan los diamantes a causa de la erosión. La extracción y distribución de diamantes naturales están sujetas a frecuentes controversias tales como las concernientes a la venta de “diamantes de guerra” o “diamantes sangrientos” por grupos paramilitares africanos.

La formación de los diamantes naturales requiere condiciones muy específicas. Los materiales portadores de carbono deben ser expuestos a presión alta, en un rango aproximado de entre 45 y 60 kilobares, pero a una temperatura relativamente baja entre 1652 y 2372º F (entre 900 y 1300º C). Se sabe que estas condiciones coinciden en dos lugares en la Tierra; en el manto de la litosfera debajo de las placas continentales relativamente estables, y en el lugar donde ha ocurrido un impacto de meteorito.

A través de estudios de la relación proporcional del isótopo de carbono (similar a la metodología usada en la datación por radiocarbono, excepto con los isótopos estables C-12 y C-13) se ha mostrado que el carbono encontrado en los diamantes viene tanto de fuentes orgánicas e inorgánicas. Algunos diamantes, conocidos como perioditicos son formados por carbono inorgánico originalmente encontrado profundo en el manto de la Tierra. En contraste los diamantes eclógiticos contienen carbono orgánico de detritos orgánicos (residuos de la descomposición de fuentes orgánica o mineral) que ha sido empujado hacia abajo desde la superficie de la corteza de la Tierra mediante la subducción antes de transformarse en diamantes. Estas dos diferentes fuentes de carbono tienen cuantiosas diferencias en sus respectivas relaciones proporcionales de C-13 y C-12. Los diamantes que vienen de la superficie de la Tierra son generalmente muy viejos, en el rango de 1.000 millones a 3.300 millones de años de antigüedad.



Forma tetraédrica de la estructura del diamante, las esferas representan átomos de carbono.



Comparación de las estructuras de las formas alotrópicas del carbono: el diamante y el grafito.

Los diamantes se forman frecuentemente como euedros u octaedros redondeados y octaedros simétricos conocido como macles o maccles. Como la estructura de cristal del diamante tiene un arreglo cúbico de los átomos, ellos tienen muchas facetas (caras planas de la piedra) que pertenecen a un cubo, octaedro, rombicosidodecaedro, tetraquishexaedro o disdiakisdodecaedro (formas geométricas). Los cristales pueden tener filos redondeados e inexpresivos y que pueden ser alargados. Algunas veces son encontrados creciendo juntos o formando cristales dobles “simétricos” que crecen juntos en la superficie del octaedro. Estas diferentes formas de cristal de los diamantes se deben a diferentes circunstancias externas. Los diamantes (especialmente aquellos con caras de cristal redondeadas) son comúnmente encontrados envueltos en “nyf” una cobertura opaca parecida a la goma.

Los diamantes pueden formarse en otros eventos naturales que generan la presión y temperaturas necesarias. Diamantes muy pequeños conocidos como microdiamantes o nanodiamantes, han sido encontrados en cráteres de impactos de meteoritos. Tales eventos de impacto crean zonas de shock de gran presión y temperatura adecuada para la formación de diamantes. Los microdiamantes creados por impacto pueden ser usados como un indicador de la antigüedad de los cráteres de impacto.

También hay diamantes encontrados en la Tierra cuyo origen es externo. Un tipo de diamante llamado diamante carbonado o carbonatado que existe únicamente en Brasil y en la República Centroafricana son de color negro, altamente porosos, poseen inclusiones radioactivas y cierta luminiscencia; lo que los hace muy diferentes a los otros diamantes naturales policristalinos pudieron haber sido depositados allí por el impacto de asteroides (pero no formado por el impacto, es decir que los diamantes ya existían en los asteroides antes de chocar contra la Tierra) hace unos 3 mil millones de años. Estos diamantes pueden haberse formado en el espacio exterior, aunque todavía no hay consenso científico del origen de los diamantes carbonados. El diamante Carbonado no es realmente negro, pero contienen bastantes inclusiones oscuras que le dan a la gema esa apariencia oscura.



Carbonado no tallado.



Carbonados tallados.

Las vetas presolares (pequeñísimas cantidades de materiales que hay en meteoritos primitivos, estos materiales son más antiguos que el sistema solar) en muchos meteoritos encontrados en la Tierra contienen nanodiamantes de origen extraterrestre, probablemente formados en supernovas.

Se cree que algunas estrellas blancas enanas tienen un núcleo de carbono. El Centro para Astrofísica Harvard Smithsonian cree que un diamante de 2500 millas de ancho fue una vez el corazón de una estrella, más específicamente la enana blanca BPM 37093, la cual esta localizada a 54 años luz en la constelación Centaurus Se estima que tiene 10 billones de trillones de trillones de quilates, es decir un 1 seguido de 34 ceros, este es el mayor diamante encontrado en el Universo.

Los diamantes son hallados en la superficie o a relativa poca profundidad debido a que las rocas portadoras de diamantes son llevadas desde las profundidades donde se originan a través de las erupciones volcánicas. El magma del volcán debe provenir de la profundidad donde los diamantes se forman, a unos 150 km. (90 millas) de profundidad o más. Estos típicamente pequeños cráteres volcánicos superficiales extienden hacia abajo en formaciones conocidas como “volcanic pipes” (cavidades o diques volcánicos) este es un acontecimiento relativamente raro. Las cavidades contienen material que fue transportado hacia la superficie por acción volcánica, pero no fue expulsado antes del fin de la actividad volcánica. Durante la erupción estas cavidades son abiertas en la superficie, resultando en una abierta circulación de muchos xenolitos de roca de superficie e incluso madera y/o fósiles han sido encontrados en cavidades volcánicas. Las cavidades volcánicas que llevan diamantes son cercanamente relacionadas a las anteriores, las regiones más antiguas y frescas de la corteza continental (cratones). Esto es debido a que los cratones son muy gruesos y su manto litosférico extiende a suficiente profundidad en la que los diamantes están. No todas las cavidades contienen diamantes, e incluso menos contienen diamantes que puedan ser extraídos de forma económicamente viable.



En esta foto satelital se muestra una mina abierta (una de las mayores del mundo) en Mirny, Siberia, Rusia. Compare el tamaño de la mina, con el poblado (izquierda y arriba) y la pista aérea (derecha).

El magma en las cavidades volcánicas es usualmente una de los tipos de características conocidas que enfrían la roca ígnea conocidas como kimberlita o lamproita. El magma en si mismo no contiene diamantes; pero actúa como un elevador que lleva rocas formadas en las profundidades (xenolitos), minerales (xenocristales) y fluidos hacia arriba. Estas rocas son característicamente ricas en magnesio llevando, olivino, pyroxeno y mineral anfíbol, que son frecuentemente convertidos en serpentina (es un grupo de minerales que no se presentan en forma de cristales) por el calor y fluidos durante y después de la erupción. Ciertos indicadores minerales típicamente suceden en kimberlitas diamantiferas y son usados como localizadores mineralógicos por los prospectores (personas que exploran el subsuelo buscando yacimientos minerales, petrolíferos, etc), quienes siguen el rastro indicador de regreso a la cavidad del volcán la cual puede contener diamantes. Estos minerales son ricos en Cromo o Titanio, elementos que dan color a los minerales. El mineral indicador más común es el granate de cromo (habitualmente rojo brillante Cr- pirope y ocasionalmente verde granate serie ugrandita), granates eclogiticos, Ti pirope naranjas, Cr Espinela, Cromita oscura, Cr Diopsidio verde fosforescente, olivino verde vidrioso, picroilmenita negra, y magnetita. Los depósitos de Kimberlita son conocidos como “tierra azul” por las partes serpenteantes y profundas de los depósitos, o como “tierra amarilla” por los yacimientos cercanos a la superficie de minerales de arcilla y carbonatos meteorizados y oxidados.

Una vez que los diamantes han sido transportados a la superficie por el magma en una cavidad volcánica, ellos pueden ser erosionados hacia el exterior y ser distribuidos sobre una gran área. Una cavidad volcánica que contiene diamantes es conocido como fuente primaria de diamantes. Las fuentes secundarias de diamantes incluyen todas las áreas donde hay un número relevante de diamantes, erosionados fuera de su matriz de kimberlita o lamproita, acumulados debido a la acción del agua o del viento. Esto incluye depósitos aluviales y depósitos que han existido a lo largo de las antiguas orillas costeras, donde diamantes perdidos suelen acumulase debido a su aproximado tamaño y densidad. Los diamantes son raramente encontrados en depósitos dejados por glaciares.



Los diamantes se pueden encontrar en (1) el lecho de los ríos que arrastran materiales los cuales son expulsados de (2) las explosiones volcánicas que expulsan el magma desde las profundidades donde yacen los diamantes, en (3) el cono invertido por antiguos volcanes extintos se pueden formar depósitos importantes de diamantes. En la representación del globo terráqueo (4) el manto es donde se forman los diamantes.



Representación de una cavidad volcánica (volcanic pipe).

El diamante es el material natural más duro conocido (la dureza esta definida como la resistencia de un material a ser rayado). El diamante tiene una dureza de 10, el mayor valor en la escala de dureza de minerales de Mohs. La dureza de los diamantes es conocida desde la antigüedad y es la fuente de su nombre.
Solamente los nanorods agregados de diamante, un material creado usando fulerenos ultrafuerte (C60) esta confirmado ser más duro aunque otras sustancias tales como el nitruro de boro cúbico, el diboruro de renio y los fulerenos ultrafuertes también tienen un nivel de dureza comparable al del diamante.

Los diamantes más duros del mundo son del área de Nueva Inglaterra en Nueva Gales del Sur, Australia. Estos diamantes son generalmente pequeños, octaedros perfectos o semiperfectos, y son usados para pulir otros diamantes. Se considera que su dureza es producto de la forma del crecimiento del cristal, la cual es, en una única etapa. La mayoría de los otros diamantes muestran evidencias de múltiples etapas de crecimiento, las cuales producen inclusiones, desperfectos y fallas en el cubículo del cristal, todo eso afecta su dureza. La dureza del diamante contribuya a su idoneidad como piedras preciosas, ya que muy pocos materiales pueden rayarlos, conservando su brillo, suele ser la gema preferida en anillos de compromiso o de boda.

El uso industrial del diamante ha sido históricamente asociado con su dureza; esta propiedad hace al diamante un material ideal en herramientas para cortar y triturar. Como el material natural mas duro conocido, los diamantes pueden ser usados para pulir, cortar o desgastar cualquier material, incluyendo otros diamantes. Sin embargo, el diamante es una opción mediocre para maquinaria de aleación ferrosa a altas velocidades. En la alta temperatura creada por la alta velocidad del proceso, el carbono se vuelve soluble en hierro, incrementando el desgaste en las herramientas de diamante comparadas con otras alternativas. Las adaptaciones industriales comunes de esta habilidad incluyen filtros de diamante, brocas y sierras, o el uso de diamantes como abrasivos. Los diamantes de grado industrial son generalmente considerados inadecuados para usar como gemas.




Algunas herramientas que utilizan diamantes para mejorar su rendimiento.

Otra aplicación especializada que también esta siendo desarrollada es gracias a su conductividad eléctrica, incluyendo su uso como semiconductores; algunos diamantes azules son semiconductores naturales, en contraste con la mayoría de los otros diamantes, los cuales son excelentes aislantes eléctricos. Sin embargo, los diamantes impuros muestran conductividad substancial al ser expuestos al aire.

La tenacidad (habilidad a resistir roturas de un material debido a impactos poderosos). La tenacidad de los diamantes naturales ha sido medida en 3.4MN m^(-3/2) lo cual es bueno en comparación a otras piedras preciosas, pero pobre comparado a la mayoría de los materiales de ingeniería. Como con otros materiales, la geometría macroscópica de un diamante contribuye a su resistencia a roturas. Los diamantes son por lo tanto más frágiles en algunas posiciones que otras.

Los diamantes para joyería pueden ser sin color o de alguna tonalidad incluyendo la tonalidad no espectral de gris, café y negro (carbonado). El retículo de cristal del diamante es excepcionalmente fuerte y solo tres átomos; Nitrógeno, Boro e Hidrógeno son tan pequeños que pueden ingresar en el arreglo tetraédrico el cual es la unidad básica del cristal de diamante.

El Nitrógeno es el más pequeño y por mucho la impureza mas común encontrada en los diamantes para gema. El Nitrógeno es responsable por el color amarillo, café y a veces el color rosado en los diamantes. El Boro es responsable por el color gris y azul y el Hidrogeno es el agente para algunos diamantes rojos, olivas, violetas y azules. El color en los diamantes tienen dos fuentes adicionales: atómica, normalmente radiación gamma que causa el color verde en los diamantes y la deformación física del diamante de cristal conocido como deformación plástica. La deformación plástica es la causa del color en algunos diamantes rojos y rosados. En orden de rareza, los diamantes con color, por el más común, es seguido ente los diamantes coloreados, en azul, verde, negro, blanco translucido, rosado, violeta, naranja, púrpura y rojo, aunque el amarillo y el café son por mucho los colores más comunes. Los diamantes con color contienen impurezas o defectos estructurales que causan la coloración, mientras que los diamantes puros, o casi puros son transparentes y sin color.



Una muestra con una amplia gama de diamantes según sus colores.

Finalmente la famosa frase acuñada por la campaña de publicidad y popularizada por Hollywood “los diamantes son para siempre” no es cierta, ya que los diamantes en se convierten en grafito la cual es la forma alotrópica del carbono en condiciones atmosféricas normales sin embargo esta conversión es tan lenta que es casi inapreciable, además a pesar de su extrema dureza, el diamante también es vulnerable a las altas temperaturas, sin embargo soporta altísimas presiones

A continuación algunos diamantes:



El "diamante Tiffany, Pajaro en la Roca", el diamante pesa 128.51 quilates, el pajaro esta hecho de rubíes, oro, platino blanco y diamantes amarillos



El diamante rosado Steinmetz de 59.60 quilates



El diamante Centenario de 273.85 quilates



Un extraordinario diamante azul tallado espléndidamente en forma de corazón


Fuentes:
http://www.wikipedia.org/
http://www.diamantes-infos.com/diamante_bruto/geologia_diamante.html
http://www.theage.com.au/articles/2004/02/17/1076779973101.html
http://www.diamantes-infos.com/diamante_bruto/explotacion_diamante.html
http://www.pluriversia.es/modules.php?name=News&file=article&sid=192
http://www.oviedo.es/personales/carbon/curiosidades/diamantes.htm
http://www.noticiasdot.com/stilo/2008/03/24/los-diamantes-mas-famosos-de-la-historia/
http://www.auroragems.com/diamond_color_chart.html

Agujero Negro

En esta oportunidad presento como tema a un fenómeno cósmico conocido como agujero negro (black hole).

Se lo define como un lugar en el espacio-tiempo (según varias teorías físicas es la unión de las tres dimensiones espaciales “altura, anchura y profundidad” más la dimensión temporal, de esta manera se pueden describir todos los eventos físicos que ocurren en el universo) el cual esta sometido a una gran concentración de masa, lo cual produce un extremo aumento de la densidad, hasta llegar a niveles tan poderosos que ninguna partícula incluyendo la luz puede escapar, debido a esta razón resulta imposible verlos directamente y solo se pueden detectar los efectos que causa en otros cuerpos cercanos.

La gravedad en un agujero negro (también llamada curvatura en el espacio-tiempo) es tan poderosa que provoca una singularidad (es decir una hipersuperficie o punto que tiende hacia cero donde existe una descomunal cantidad de materia donde las leyes matemáticas, y físicas “incluida la relatividad general” no tienen validez) la cual esta rodeada por una superficie cerrada conocida como horizonte de sucesos (una frontera del espacio-tiempo, donde los eventos de un lado de esta frontera no causan efecto al otro lado, sin embargo esta relación no es necesariamente simétrica o biyectiva) que separa al agujero negro del resto del universo

Simulación de un agujero negro con disco de acreción y chorro toroidal formando un sistema binario con una estrella, la cual pierde su materia dentro del agujero negro

En 1783 el geólogo inglés John Michell calculó que un cuerpo con un radio 500 veces superior al Sol y de la misma densidad tendría en su superficie una velocidad de escape igual a la de la luz, y por tanto sería invisible. La Teoría General de la Relatividad desarrollada por Albert Einstein en 1915 demostró que la luz era influenciada por la interacción gravitatoria, unos meses después Karl Schwarzschild solucionó una de las ecuaciones de Einstein, con un cuerpo pesado absorbería la luz, calculando el Radio del horizonte de sucesos de un agujero negro que no gira llamado también Radio de Schwarzschild. En 1930 Subrahmanyan Chandrasekhar demostró que un cuerpo con masa crítica (limite de Chandrasekhar) que no emitiese radiación colapsaría por su propia gravedad, por que nada podría frenarla, sin embargo Arthur Eddington se opuso a la idea de que este cuerpo alcanzara un tamaño nulo, debiendo existir algo que detuviera el colapso. En 1939 Robert Oppenhimer predijo los agujeros negros podrían formarse en la naturaleza debido al colapso de una estrella masiva, en 1967 Stephen Hawking y Roger Penrose demostraron que los agujeros negros son soluciones a las ecuaciones de Einstein

La gravedad tiende a crecer en un cuerpo con una masa mayor, así la gravedad en el planeta Tierra es de aproximadamente 9.8 m/seg^2, esta medida también es conocida como 1 G, para comparar la intensidad de la gravedad en diferentes cuerpos celestes, en la Luna la gravedad es aproximadamente 0.167 G, en el Sol es de casi 30 G, es decir un cuerpo es atraído hacia el centro del Sol con una fuerza casi 30 veces mayor que hacia la el centro de la Tierra. Cuando una estrella que supera el limite de Chandrasekhar (aproximadamente 1.44 masas solares) termina de utilizar su combustible (hidrógeno y helio) seguirá intentando realizar fusiones nucleares para general energía, pero llegará a un límite en que la degeneración de los electrones sea inferior a la gravedad, y por lo tanto la estrella colapsa originándose una estrella de neutrones si la gravedad puede incluso superar a la resistencia de la estructura de los neutrones, se presentará la singularidad en que la estrella seguirá contrayéndose con tendencia hacia cero, mientras que la gravedad sigue creciendo con tendencia hacia infinito, por esta razón cualquier cuerpo que atraviese el horizonte de sucesos, ya no puede escapar del agujero negro. Incluyendo a la luz


Animación generada por computadora de un agujero negro basado en información recolectada en conjunto por: El telescopio espacial Hubble, el telescopio infrarrojo Spitzer, el observatorio astronómico VLA (Very Large Array), el MERLIN (Multi-Element Radio Linked Interferometer Network) y el observatorio Chandra de Rayos X

Teóricamente los agujeros negros se clasifican en:
Agujeros Negros primordiales: Aquellos que debieron formarse en las primeras etapas temporales del Universo, ninguno ha sido observado

Según su momento angular: se subdividen en:
Agujero negro sin carga ni momento angular o agujero negro de Schwarzschild
Agujero negro rotatorio (con carga mayor a cero)

Según su masa: se subdividen en:
Agujero negro súper masivo: Su masa es de varios millones de veces la masa del sol, se encuentran en el corazón de muchas galaxias
Agujero negro de masa estelar: Se forman cuando una estrella cuya masa es 2,5 veces mayor que la del Sol se convierte en supernova e implosiona.

Un agujero negro es invisible, pero su disco de acrecimiento (es una estructura en forma de disco o a veces extendido verticalmente formándose una estructura toroidal) formado por materia con momento angular, carga eléctrica y masa, la cual atravesará en algún momento el horizonte de sucesos, el efecto que provoca la luz atraída por un agujero negro es visible desde la Tierra por la desviación momentánea que produce en las posiciones estelares conocidas, si su luz es interceptada. En algunas ocasiones se observa un fenómeno conocido como chorro de plasma, el cual es una visible cantidad de materia que parecen salir expulsada del agujero negro, sin embargo esto es imposible, la explicación es que cuando un cuerpo celeste es atrapado por la gravedad de un agujero negro, este tiende a presionar tan fuertemente al cuerpo que este se deforma y una pequeña parte de su contenido sale expulsado hacia el exterior a velocidades cercanas a la luz.

Imagen tomada por el Telescopio espacial Hubble del chorro de plasma expulsado del centro de la galaxia M87 donde habría un agujero negro súper masivo

En cuanto a lo que ocurre dentro de un agujero negro hasta ahora es imposible saberlo, se teoriza la posibilidad de que se viole el segundo principio de la termodinámica (es decir que la energía en un sistema cerrado tiende a alcanzar un equilibrio térmico, por lo tanto no debe haber flujos de calor entre los cuerpos dentro del sistema). Según Stephen Hawking (quien se retracto de su teoría de la violación del principio de la termodinámica) la entropía (la parte de la energía que no se utiliza para generar trabajo) también se conserva ya que la llamada “Radiación Hawking” que es una fuente de rayos X que podrían escapar del horizonte de sucesos

En Abril de 2008 fue identificado el agujero negro más pequeño conocido hasta ahora por los astrónomos del Centro de Vuelo Espacial de la NASA Nikolai Saposhnikov y Lev Titarchuk, utilizando el satélite de la NASA “Rossi X – Ray Timing Explorer” midiendo las oscilaciones de gas caliente que se acumulan en torno al agujero negro. Este agujero negro se encuentra en la zona “Sur” de la constelación Ara (El Altair), en la Vía Láctea su masa es de 3.8 soles y tiene solo 24 kilómetros de ancho. Su nombre es J1650

Al otro lado de la escala en Diciembre de 2007 fue localizado el agujero negro, denominado IC 10 X-1, está en la constelación de Casiopea cerca de la galaxia enana IC 10, a 1,8 millones de años luz de la Tierra con una masa de entre 24 y 33 veces la del Sol se considera el mayor hasta la fecha el cual fue descubierto utilizando el observatorio de rayos X Chandra y el satélite Swift. Sin embargo en abril de 2008 la revista Nature publicó un estudio realizado en la Universidad de Turku (Finlandia) por un equipo de científicos dirigido por Mauri Valtonen que descubrió un sistema binario, un blazar (fuente de energía muy compacta situada en el centro de una galaxia es uno de los fenómenos más violentos del Universo) llamado OJ287, tal sistema está constituido por un agujero negro menor que orbita en torno al otro agujero negro súper masivo, la masa de este último sería de 18.000 millones de veces la del Sol. Se supone que en cada intervalo de rotación el agujero negro menor golpea la ergósfera del mayor dos veces generándose un quásar (fuente de energía electromagnética que incluyen radiofrecuencias y luz visible, por lo general muy lejanos).


Imagen de la galaxia IC 10, en donde se encuentra el mayor agujero negro encontrado hasta ahora (sin incluir los agujeros negros súper masivos)


Visión del sistema binario OJ287 formado por dos agujeros negros súper masivos

Se cree que en el centro de la mayoría de las galaxias se forman agujeros negros súper masivos, esto incluye también a nuestra galaxia (la Vía Láctea), en donde se encuentra el agujero negro súper masivo llamado Sagitario A* y del cual se cree que podría estar orbitado por un “enjambre” de 10.000 o más agujeros negros. También se cree que “mini-agujeros negros” podrían ser creados en un acelerador de partículas, lo que ha postulado la teoría de que estos paulatinamente se salieran de control y que literalmente se comieran al planeta Tierra


Imágenes del centro de la Vía Láctea (nuestra galaxia) donde esta agujero negro súper masivo Sagitario A* y sus acompañantes

Fuentes:

www.wikipedia.org
http://www.astromia.com/astronomia/negroagujero.htm
http://www.elmundo.es
http://www.astroenlazador.com/article.php3?id_article=695
http://www.astroenlazador.com/article.php3?id_article=304
http://www.surastronomico.com/noticias_ver.php?id=44&id_not=291