Resuelven el enigma geológico conocido como “el problema de la dolomita”

La dolomita, compuesta por capas ordenadas de carbonato de calcio y magnesio, es el mineral responsable de las formaciones geológicas emblemáticas como las montañas Dolomitas en Italia, la escarpa del Niágara en América del Norte y los acantilados blancos de Dover en el Reino Unido. Su presencia abundante en tantos lugares es lo que ha desconcertado a los científicos durante dos siglos, dado que es casi inexistente en formaciones recientes y no ha podido reproducirse en laboratorio. Sin embargo, esto está a punto de cambiar.

Inicialmente, se creía que la dolomita se formaba mediante la evaporación del agua salada, generando una solución concentrada de carbonato de calcio y magnesio. Sin embargo, esta teoría fallaba al intentar replicar este proceso en entornos de laboratorio.

Nueva teoría

Ahora, los científicos de la Universidad de Michigan y la Universidad de Hokkaido presentaron una nueva teoría que puede resolver este misterio: para construir montañas con dolomita, debe disolverse periódicamente.

Cuando los minerales se forman en el agua, los átomos generalmente se depositan ordenadamente en el borde de crecimiento del cristal. En el caso de la dolomita, este borde consiste en filas alternas de calcio y magnesio. Sin embargo, estas filas no siempre se adhieren de manera ordenada, lo que genera defectos en la estructura cristalina. Estos defectos obstaculizan la formación de capas adicionales de dolomita, ralentizando su crecimiento.

No obstante, si el entorno donde se forma este mineral experimenta fluctuaciones de temperatura o salinidad, como puede suceder en una playa o una laguna, el proceso de ordenación se acelera significativamente. Estas variaciones pueden ayudar a alinear las filas de calcio y magnesio en el borde del cristal de dolomita. Esto se debe a que estas fluctuaciones alteran la solubilidad de los iones de calcio y magnesio en el agua. Cuando la solubilidad de un ion aumenta, se disuelve más fácilmente en el agua, y cuando disminuye, se deposita más fácilmente en el cristal.

El lavado repetido de estos defectos permite que se forme una capa de dolomita en cuestión de años y a lo largo del tiempo geológico pueden acumularse montañas. Las pocas zonas donde se forma dolomita hoy en día se inundan de forma intermitente y después se secan. Esto concuerda con la teoría de que las fluctuaciones de temperatura o de salinidad son necesarias para la formación de la dolomita.

Prueba en el laboratorio

Para confirmar la teoría, los investigadores demostraron que era posible conseguir el crecimiento de la dolomita en un laboratorio. Después de colocar un pequeño cristal de dolomita, actuando como semilla para un mayor crecimiento cristalino, en una solución de calcio y magnesio, recrearon condiciones cíclicas utilizando un haz de electrones que impactó el cristal unas 4.000 veces durante dos horas.

Este haz divide la solución, generando un ácido que elimina los puntos inestables y preserva los estables. Las vacantes en la estructura cristalina se rellenan rápidamente con átomos de magnesio y calcio que precipitan de la solución, formando las filas de átomos necesarios para la dolomita.

Se observó un crecimiento de aproximadamente 100 nanómetros en el cristal de dolomita, unas 250.000 veces más pequeño que el diámetro de una moneda. Aunque solo se lograron alrededor de 300 capas de dolomita, esto supera ampliamente el límite de cinco capas previamente alcanzado en entornos de laboratorio.

Esta posible solución al enigma de las Dolomitas no solo ofrece una nueva perspectiva, sino también un enfoque innovador para la ingeniería y la producción de materiales cristalinos. Estos materiales tienen una amplia aplicación en tecnologías modernas como semiconductores, paneles solares, baterías y otras áreas tecnológicas.

Referencia de la noticia

Joonsoo Kim, Yuki Kimura, et. al.“La disolución permite el crecimiento de cristales de dolomita cerca de las condiciones ambientales", Science (2023).