Cristián Siegel, investigador del PRS en la línea de Sistemas Complejos y Peligro Sísmico participó, del 22 al 24 de junio, en la conferencia International Thermodynamics 2.0 (online), organizada por la Asociación Internacional para la Integración de las Ciencias y la Ingeniería.
En su enfoque clásico, la termodinámica es la rama de la física que estudia el calor, trabajo y la temperatura, además de su relación con la energía, radiación y las propiedades de la materia. La conferencia Thermodynamics 2.0, en tanto, consiste en la asociación de la termodinámica con otras disciplinas académicas como la biología, sociología, economía entre otras. En otras palabras, en unir las “dos culturas”, la de las ciencias naturales y las ciencias sociales con el objetivo de tratar los desafíos de la sociedad moderna.
¿Cómo se relaciona la conferencia con el trabajo que haces en el PRS?
En la línea de Sistemas Complejos y Peligro Sísmico aplicamos conceptos de la física al modelamiento de la litósfera terrestre y la sismicidad, muchos de ellos provenientes de la termodinámica y la mecánica estadística.
¿Cómo así? ¿Qué tiene que ver la termodinámica con los terremotos?
La termodinámica, como su nombre lo indica, es el estudio de las fuerzas y el calor. Los campos de fuerza que los geofísicos observamos y medimos tienen su origen en el calor interno de la tierra, un calor que convierte la tierra en un planeta activo. Los otros planetas terrestres del sistema solar no poseen ese “motor interno” que produzca tectonismo al nivel que ocurre en nuestro planeta. Por eso es esencial aplicar los conceptos de la termodinámica al modelamiento de la sismicidad.
¿Podrías darnos más detalles de estos modelos que has aplicado?
Una de las formas en que tratamos de visualizar la litósfera es como un sistema de bloques. Cuando ocurre un terremoto algunos de ellos se desplazan y otros no. ¿Por qué se desplazan? Porque el “motor interno” de la tierra promueve el movimiento de ellos. Pero el movimiento de los bloques es colectivo, hay terremotos que mueven agrupaciones de bloques desde metros hasta miles de kilómetros de extensión, mientras que otras agrupaciones de bloques se quedan quietas. Este comportamiento colectivo expresa la tendencia del sistema de bloques a permanecer en torno a estados de baja energía, mientras que la tendencia a la agitación que produce el calor interno de la tierra promueve lo que se podría denominar como “desorden” o producción de entropía. El juego entre estas dos tendencias opuestas está mediado por la intensidad del acoplamiento entre la superficie de la tierra y el motor interno.
Entonces, eso modelaría el hecho de que a veces no ocurra sismicidad, como también la ocurrencia de grandes terremotos.
Exacto, estas dos tendencias pueden producir comportamientos opuestos. Una corteza totalmente acoplada al motor interno no presenta alto nivel de sismicidad con terremotos grandes. En cambio, una corteza desacoplada podría decirse que presenta un estado continuo de desplazamiento.
¿Y qué ocurre entre esos comportamientos extremos?
Eso es lo interesante de ese modelo. Para cualquier sistema termodinámico que se modele con una variable binaria de elementos que interactúan entre sí, como en nuestro caso bloques que tiemblan o no tiemblan, y lo hacen de manera que sus interacciones tiendan a alinear los elementos y que además esté en contacto con un reservorio termal, se demuestra que ellos experimentan un cambio de fase. Un ejemplo de cambio de fase es el que experimenta un imán cuando se vuelve magnético una vez que se enfría. Se llama modelo ferromagnético y fue planteado hace exactamente 100 años por el físico alemán Wilhelm Lenz, aunque su nombre (Modelo de Ising) hace referencia a su estudiante, Ernst Ising, que demostró que en una dimensión no hay cambio de fase. Posteriormente, en 1944 el físico noruego Lars Onsager demostró matemáticamente la existencia de la transición de fase para modelos en dos dimensiones, o planos.
Entonces este modelo de Ising sirve para describir varios fenómenos naturales…
Sí, de hecho se ha usado en aplicaciones tan distintas como modelos de terremotos, formación de proteínas, neuronas, opinión económica, segregación urbana y cambios del lenguaje. De alguna manera, representa un poco lo que la conferencia Thermodynamics 2.0 trata de promover.
¿Cuál sería entonces tu conclusión sobre tu asistencia a la conferencia?
La conferencia sirvió además para descubrir que las ciencias naturales pueden trabajar de cerca con las ciencias sociales y que hay gente en el mundo preocupada de que eso se materialice. En el PRS se trabaja el riesgo, que abarca tanto la dimensión del modelamiento físico del peligro sísmico como la dimensión de la vulnerabilidad social y territorial. La perspectiva adquirida será valiosa a la hora de comunicar a la sociedad los resultados que podemos obtener trabajando en equipo.
