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Viaje en una máquina del tiempo virtual a la Tierra de hace 1.000 millones de años

Un grupo de geólogos de la Universidad de Sídney investiga el pasado de la Tierra para desarrollar GPlates, un programa 'open source' que permite estudiar la historia de los movimientos de las placas tectónicas en cuatro dimensiones. Ahora están ultimando los detalles de una nueva versión que permitirá viajar en el tiempo hasta Rodinia, el supercontinente que precedió a Pangea. Los superordenadores, las técnicas de minería de datos y el 'machine learning' les están ayudando a encajar las pistas para descubrir los orígenes de nuestro planeta.

Reconstrucción del origen de Rodinia hace 1.100 millones de años

Reconstrucción del origen de Rodinia hace 1.100 millones de años

Pangea. "Toda la Tierra" en griego. Este es el nombre que el meteorólogo alemán Alfred Wegener puso al supercontinente que, según sus hipótesis, formaba un puzle que acabó fragmentándose. Lejos de alabar las explicaciones que recogió en 'El origen de los continentes y los océanos' tras percatarse de que Sudamérica y África encajaban a la perfección, sus ideas fueron ridiculizadas por la comunidad científica de 1915. 

Tuvo que pasar medio siglo para que se aceptara la existencia del rompecabezas que Wegener imaginó bajo la moderna teoría de la tectónica de placas. También ha costado una centuria viajar en el tiempo para que podamos contemplar, en un programa 'open source' y en cuatro dimensiones, una detallada reconstrucción no solo de cómo aquel supercontinente de hace 300 millones de años se dividió, sino incluso de cómo nació.

"La evolución de la informáticaha revolucionado nuestra capacidad para entendery modelar la evolución del planeta Tierra. Los ordenadores nos han permitido desarrollar herramientas revolucionarias que facilitan el uso de datos geocientíficos y, de hecho, permiten darlos vida", explica a HojaDeRouter.comDietmar Müller, profesor de geofísica de la Escuela de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Sídney y promotor de ese 'software'.

Este investigador señala que, hasta hace unas décadas, la geología era principalmente una ciencia de la observación. Las primeras animaciones por ordenador que mostraban la evolución de la Tierra eran ilustraciones a mano sobre un mapa en las que se distorsionaba ligeramente la apariencia y el movimiento de los continentes o que ignoraban las entrañas del planeta.

Interfaz de la versión GPlates 1.5., que permite al usuario viajar en el tiempo

Interfaz de la versión GPlates 1.5., que permite al usuario viajar en el tiempo

Junto a EarthByte, el grupo de investigadores de todo el mundo del que es coordinador, Müller se propuso crear un modelo tridimensional que mostrara el movimiento de las placas tectónicas durante millones de años de la forma más precisa posible. Una completa máquina del tiempo virtual nacida gracias al 'big data' para pasar de la observación al modelado completo de los complejos procesos que han dado forma a la Tierra.

La historia de la Tierra en 4D (y en código abierto)

Hace una década, este geofísico comenzó a crear GPlates, una plataforma 'open source' que no solo sirve para visualizar las reconstrucciones de las placas tectónicas con los datos que Earthbyte comparte. Este sistema de información geográficatambién permite a otros investigadores adaptar el 'software' a sus necesidades, incluir sus propios datos geológicos o añadir sus herramientas de investigación a ese mosaico cambiante.

Tectónica, geodinámica, evolución de las cuencas, oreogenia, paleobiología, paleoceanografía y paleoclima son algunas de las ramas de la geología que pueden beneficiarse de GPlates. Aunque no es el único 'software' libre de geología, Müller destaca que la presencia de la cuarta dimensión, el tiempo, distingue a GPlates de otros programas. Gracias a esa variable, es posible entender la historia de la Tierra mejor que recurriendo a imágenes fijas y estudiar la evolución de una zona, un aspecto o un momento concreto en relación al movimiento de otros continentes.

Transformar los estudios previos en datos que este tipo de sistemas pueda utilizar no ha sido nada fácil. Para lograrlo, han tenido que vincular las posiciones geográficas de cada uno con el tiempo geológico para después procesar el modelo.

Las técnicas de minería de datos y 'machine learning', además de la potencia de cálculo de los superordenadores para realizar simulaciones, le han permitido encajar el tsunami de pistas cada vez mejor. "El objetivo de la geoinformática es extraer conocimiento a partir de los registros de rocas y sedimentos y también de los procesos actuales de la superficie de la Tierra y los océanos", detalla Müller.

Cada vez que tienen nuevos datos de interés, los analizan en GPlates para estudiar cómo pueden relacionarse espacial o temporalmente con otras rocas en un trabajo de investigación similar a la labor de un detective.

Uniendo piezas del 'puzzle' para viajar a Rodinia  

El año pasado, los colaboradores de Müller en la Universidad de Oslo desarrollaron una reconstrucción de la Tierra desde su estado hace 420 años hasta el que mostraba hace 250 millones, un modelo que se unió con el de la evolución posterior que habían desarrollado en la Universidad de Sídney y que se puso a disposición de investigadores e internautas.

A finales del mes que viene estará disponible GPlates 2.0., una versión que no solo incluirá la formación de Pangea, sino que a mediados de año contará con el primer modelo digital de los movimientos de las placas tectónicas desde hace 1.000 millones de años. El regreso al Proterozoico mostrará la fracturación de Rodinia, el supercontinente que precedió a Pangea, basándose en uno de los mayores estudios sobre este que se han realizado, además de los indicios descubiertos en paleobiología, cinemática de placas o paleomagnetismo.

Lógicamente, a medida que retrocedemos en el tiempo, hay menos huellas que rastrear. El principal artífice de ese viaje hasta Rodinia, Andrew Merdith, estudiante posdoctoral de la Universidad de Sídney, ha reconocido que no tienen todos los detalles sobre el tamaño, la forma y los bordes de las placas tectónicas de aquel entonces, pero el modelo servirá como "base de referencia" para aquellos investigadores que quieran profundizar y mejorarlo.

"Cuanto más atrás vamos, menos seguros podemos estar porque hay menos datos que podamos usar para restringir sus posiciones [de los continentes]. Esto a su vez crea más grados de libertad y de posibles configuraciones en las que los continentes podrían haber estado dispuestos", detalla Müller.

Superordenadores para encontrar petróleo

Conocer mejor el pasado de la Tierra y su configuración actual no solo es útil con fines académicos. Estudiar la apertura y el cierre de las cuencas oceánicas se ha convertido en una técnica fundamental para la exploración petrolera. Por ejemplo, veinte investigadores de la Escuela de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Sídney colaboran ya con dos centros de supercomputación en la búsqueda de nuevos yacimientos gracias a la geología histórica. 

La geóloga Adriana Dutkiewicz reunió 14.000 muestras públicas de la corteza del fondo marino recogidas desde hace más de cincuenta años. Junto a su marido, Dietmar Müller, y un experto en 'machine learning', entrenaron un algoritmo de aprendizaje que les permitió diseñar el primer mapa digital e interactivo del fondo marino gracias al sistema GPlates hace unos meses. Con más investigación, estos científicos esperan incluso entender cómo responde el océano al cambio climático

Por su parte, Michael Gurnis, director del Laboratorio de Sismología del Instituto de Tecnología de California y otro de los miembros iniciales del consorcio internacional GPlates, ha sido galardonado recientemente con el premio Gordon Bell por su simulación realista de los movimientos de las placas tectónicas. Gracias a su trabajo, al de otros investigadores y al del superordenador IBM Sequoia, han conseguido crear un modelo para avanzar en la predicción de la actividad sísmica y volcánica. Mejorar la máquina del tiempo virtual puede ayudarnos más de lo que pensamos.   

¿Hasta dónde se puede llegar con el 'big data' geológico?

Si la Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años, ya se conoce que en su infancia era bombardeada por asteroides y hay científicos estudiando si pudo haber vida hace 4.100 millones de años, ¿será posible recrear una representación en 4D del planeta realmente completa y detallada?

Según Müller, GPlates llegará a mostrar Nuna, el supercontinente que precedió a Rodinia hace unos 2.000 millones de años, aunque por el momento no se atreve a aventurar que llegue a incluir Kenorland, la masa de tierra unificada que dataría de unos 2.400 millones de años.  

MapMaker es otra de las herramientas que han desarrollado basándose en su plataforma GPlates

MapMaker es otra de las herramientas que han desarrollado basándose en su plataforma GPlates

"Hay sustancialmente menos corteza continental activa y menos datos para determinar esos movimientos, así que, aunque pudiéramos confiar en los datos que tenemos, no abarcaríamos consecuentemente todos los continentes que estaban moviéndose en aquel momento ", detalla. Eso sí, este investigador puntualiza que la geoinformática está en su infancia y aún tiene muchos desafíos por delante.

Antes de que existieran los ordenadores, Alfred Wegener ya buscó las pistas que pudieran llevarle a construir ese puzle llamado Pangea que hoy no solo sabemos que existe, sino del que además podemos conocer su origen y su evolución gracias a los geólogos que ya están combinando el estudio de la formación de la tierra con las técnicas de 'big data'. Sin embargo, aquel meteorólogo alemán falleció en una de sus exploraciones en Groenlandia sin saber que se convertiría en uno de los padres de la geología moderna. Otros, afortunadamente, han tomado su testigo.

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Las imágenes son propiedad de EarthByte y GPlates Portal

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