Las señales secretas que envían las rocas antes de un colapso catastrófico

Un exceso de tensión puede provocar que las rocas se agrieten, pero antes de llegar a ese punto, emiten una señal química de alerta liberando nucleidos. Este tipo de átomo se define por el número de neutrones y protones en su núcleo, y los científicos han estudiado estas emisiones geoquímicas durante más de 50 años, pero han tenido dificultades para relacionar la liberación de nucleidos con la fractura de las rocas.

En un nuevo estudio publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, un equipo internacional de científicos de universidades de China y Estados Unidos ha resuelto el misterio utilizando modelos para conectar las fluctuaciones de la señal de los nucleidos con los cambios en las estructuras de las rocas, que conducen a fallas críticas.

"Relacionamos explícitamente estos cambios estructurales con características medibles de las señales de nucleidos", afirmó Rong Mao, autor del estudio e investigador postdoctoral asociado en el Centro de Recursos Naturales del Instituto Tecnológico de Nueva Jersey. "Hasta donde sabemos, este es el primer estudio que establece una teoría cuantitativa para diagnosticar la ruptura de rocas utilizando señales de nucleidos presentes de forma natural", añadió.

¿Qué ocurre cuando las rocas se debilitan?

Cuando las rocas se debilitan, liberan nucleidos como helio, radón y torón en sus poros y grietas. Estas fisuras se ensanchan, se extienden y se conectan entre sí, liberando y transmitiendo nucleidos. Los científicos pueden entonces medir estas señales geoquímicas.

Investigaciones anteriores sugerían que existía una conexión entre la ruptura de las rocas y los cambios en las señales de nucleidos, y en experimentos de laboratorio, otros investigadores "han demostrado sistemáticamente que el agrietamiento y la deformación de las rocas pueden desencadenar cambios medibles en las emisiones de nucleidos", dijo Mao.

Las señales de nucleidos suelen originarse en rocas enterradas, pero pueden detectarse en la superficie. Pueden proporcionar una alerta temprana de riesgos geológicos, pero a pesar de décadas de observaciones, los científicos no han relacionado las anomalías de nucleidos con cambios en las propiedades de las rocas, lo que limita la capacidad de monitorear las emisiones de nucleidos.

"Nuestro trabajo aborda esta laguna al proporcionar una base teórica para interpretar estas señales, allanando el camino hacia la predicción basada en nucleidos y una mejor alerta temprana de riesgos geológicos y la gestión de la ingeniería de rocas", dijo Mao.

El equipo analizó dos observaciones previas a largo plazo sobre la liberación de nucleidos de rocas sometidas a tensión. Una de ellas fue un informe de un experimento que monitoreó las emisiones de radón en un cilindro de granito durante un mes, mientras este se debilitaba y finalmente se rompía.

El otro informe fue un experimento de tres años que rastreó las emisiones de radón de una ladera rocosa cerca de un embalse en los Alpes franceses. Para el nuevo estudio, el equipo revisó los datos de observación, construyó un modelo para analizar los cambios en las señales a lo largo del tiempo y los relacionó con los cambios estructurales progresivos en las rocas.

"Nuestro modelo muestra cómo evolucionan las señales de nucleidos a medida que la ruptura de la roca progresa a través de cuatro etapas: iniciación de la fisura, apertura de la fisura, dilatación de la fisura y propagación de la fisura", dijo Mao. "Estas etapas corresponden a características de señal distintas que pueden interpretarse cuantitativamente".

El modelo se puede utilizar tanto en el laboratorio como en la naturaleza.

El modelo reprodujo las señales de radón en todas las etapas de la roca, debilitándose y disgregándose en los experimentos de laboratorio. En aplicaciones de campo, que involucran sistemas naturales más complejos que los experimentos de laboratorio controlados, el modelo explicó las señales captadas mediante el monitoreo del lecho rocoso.

Este trabajo ofrece aplicaciones para predecir riesgos geológicos como terremotos y podría ayudar a los científicos a monitorear paisajes cercanos a embalses, donde los niveles de agua pueden afectar la estabilidad de las rocas.

Sin embargo, los resultados de campo también mostraron el impacto de factores externos que pueden afectar las señales de nucleidos en entornos naturales. "Por ejemplo, los fluidos profundos, como las aguas termales o las salmueras, suelen tener mayor salinidad o temperatura, lo que puede potenciar la liberación y transmisión de nucleidos, generando señales amplificadas", explicó Mao.

"Cuando la fractura de la roca se conecta con estas vías de fluidos profundos, las señales observadas pueden reflejar tanto cambios estructurales como procesos de mezcla de fluidos. Incorporar estos efectos al modelo será una línea de investigación importante para futuros trabajos".

Tras perfeccionar el modelo, es posible que mejore la rapidez con la que puede interpretar las señales de nucleidos cambiantes para predecir cuándo las rocas están a punto de fallar.

"Si bien nuestro modelo comienza a cuantificar las escalas de tiempo de la génesis y transmisión de señales, este aspecto aún no se ha validado completamente en condiciones de campo", dijo Mao. "Abordar esta deficiencia será fundamental para traducir nuestro marco en sistemas prácticos de alerta temprana de riesgos geológicos".

El equipo ya ha instalado estaciones de observación de radón en tres lugares de China: el deslizamiento de tierra de Huangtupo en la zona del embalse de las Tres Gargantas, el deslizamiento de tierra en la ribera del embalse cerca de la central hidroeléctrica de Xiluodu y la ladera de Po Shan Road en Hong Kong, según declaró Jia-Qing Zhou, profesor asociado de la Universidad de Wuhan en China.

"Estas instalaciones se utilizan para capturar precursores hidrogeoquímicos de posibles riesgos geológicos, con el fin de validar y perfeccionar nuestra teoría", afirmó Zhou. "Nuestro camino de investigación está lejos de haber terminado".

Referencia de la noticia

Estudio de la ruptura de rocas con señales de nucleidos naturales | PNAS . Zhou, J.-Q., Mao, R., Luo, X., Cardenas, MB, Chen, Y.-F., Gan, F.-S., Zhou, C.-B., Li, C., Tang, H., Hu, R., Yang, Z. y Manga, M. 9 ^de abril de 2026.