Ciencia para todos T04E11: Un láser portátil de la UMA para estudiar la lava del volcán de La Palma

Por Francisco R. Villatoro, el 18 noviembre, 2021. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Óptica • Physics • Podcast Ciencia para Todos (SER) • Recomendación ✎ 3

Te recomiendo escuchar el episodio T0411, «Un láser portátil de la UMA para estudiar la lava del volcán de La Palma», 17 nov 2021 [00:56:22–01:06:18 min.], del programa de radio “Ciencia para todos”, en el que participo junto a Enrique Viguera (Universidad de Málaga), coordinador de Encuentros con la Ciencia. Esta sección semanal del programa “Hoy por Hoy Málaga” presentado por Esther Luque Doblas (y en algunas ocasiones Isabel Ladrón de Guevara), que se emite todos los jueves (hoy de forma excepcional se emitió un miércoles) en la Cadena SER Málaga (102.4 FM) sobre las 13:30. Enrique y yo hemos intervenido desde nuestras propias casas.

Hoy entrevistamos al profesor Santiago Palanco del Departamento de Física Aplicada I de la Facultad de Ciencias de la UMA. El motivo es su estudio de la composición de la lava del volcán de La Palma mediante un equipo portátil de espectrometría de plasmas inducidos por láser (LIBS). Ha colaborado con el IGME (Instituto Geológico y Minero de España) que será quien analizará los datos obtenidos, comparándolos con los obtenidos con muestras tomadas in situ (lo que conlleva cierto riesgo para los técnicos y científicos que las toman). Los resultados serán publicados en un futuro no muy lejano. Más información en «Utilizan una tecnología inédita de la UMA para medir la composición química de la lava del volcán de La Palma», Sala de Prensa, UMA, 08 nov 2021; Sala de Prensa, UMA, 06 oct 2021; «Diseñan un novedoso sensor láser sobre dron para medidas de composición química a distancia», Sala de Prensa, UMA, 19 may 2021; de hecho, la noticia ha aparecido en muchos medios.

Más información sobre la técnica LIBS usada en Russell S. Harmon, Giorgio S. Senesi, «Laser-Induced Breakdown Spectroscopy –A geochemical tool for the 21st century,» Applied Geochemistry 128: 104929 (May 2021), doi: https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2021.104929. Por cierto, el grupo de Laserna usó el LIBS para estudiar la Catedral de Málaga, en Francisco Javier Fortes Román, José Cuñat Redondo, …, José Javier Laserna Vázquez, «Caracterización química in-situ de los materiales de construcción de la Catedral de Málaga usando un sistema láser portátil», Revista PH (Boletín del Instituto Andaluz del Patrimonio Histórico) 63: 114-125 (2007), doi: https://doi.org/10.33349/2007.63.2404.

Escucha «Un láser portátil de la UMA para estudiar la lava del volcán de La Palma», 17 nov 2021 [00:56:22–01:06:18 min.] en Play SER.

Santiago Palanco en acción en La Palma. Fuente: Universidad de Málaga.

Esther: El volcán de La Palma sigue siendo noticia. Un grupo de investigadores de la Universidad de Málaga del Departamento de Física Aplicada I ha desarrollado una tecnología láser para medir la composición de materiales que se puede usar para estudiar la composición de la lava de este volcán desde una distancia de hasta 70 metros. Francis, ¿en qué consiste esta tecnología?

Francis: Esta tecnología se llama espectrometría de plasmas inducidos por láser (LIBS, por sus siglas en inglés). Se emplea un láser de pulsos ultracortos cortos(∗) de alta potencia que incide sobre una muestra produciendo la ablación de su superficie y la generación de un plasma que emite luz. La energía del láser ioniza los átomos, separando sus electrones más externos, dando lugar a un plasma formado por electrones e iones; el láser también excita algunos átomos, cuyos electrones saltan a niveles energéticos más elevados. Tanto los iones como los átomos excitados emiten luz marcada por líneas espectrales que son como la huella dactilar de los elementos químicos que componen la superficie del material.

Usando un detector, parecido a un telescopio, que se coloca al lado del láser, se recibe la luz emitida por el plasma para el análisis de su espectro. El análisis de estas líneas de emisión permite conocer la composición de la superficie del material. Además, la amplitud relativa de las diferentes líneas espectrales permite determinar la proporción de cada elemento químico en la muestra. La gran ventaja de la espectrometría de plasmas inducidos por láser es que permite determinar la composición de muestras en estado sólido, líquido o gaseoso. Además, permite una medición a distancia.

(∗) En el audio digo «ultracortos», pero más tarde Santiago me corrige, pues son «cortos»; son pulsos de nanosegundos, cuando los ultracortos serían de picosegundos.

Esther: El equipo investigador de la UMA ha desarrollado un equipo portátil que se puede incorporar a un dron para realizar las medidas a distancia. Enrique, ¿han llevado el dron a La Palma?

Enrique: Los avances en el desarrollo de láseres han permitido el desarrollo de equipos portátiles de espectrometría de plasmas inducidos por láser. Estos equipos tienen un peso de pocos kilogramos y pueden ser incorporados a un dron para llevar el equipo a lugares de difícil acceso. Los profesores José Ramón Ramos-Barrado y Santiago Palanco de la Facultad de Ciencias de la UMA han patentado un dron llamado Chemocopter que incorpora uno de estos equipos para explorar lugares de difícil acceso. No se ha podido usar el dron en La Palma, aunque el equipo LIBS que se ha llevado a La Palma es una modificación del equipo que se usa en este dron.

Como curiosidad me gustaría destacar que estos equipos portátiles han sido usados para medir sedimentos de carreteras cerca de Málaga, para analizar espeleotemas en varias cuevas, e incluso para el estudio in situ de la composición de las piedras de construcción de la catedral de Málaga. Usando el dron se podría llegar a lugares de difícil acceso en la catedral sin necesidad de usar andamios.

Santiago Palanco y Raúl Pérez (IGME). Fuente: Universidad de Málaga.

Esther: Hoy tenemos al teléfono al profesor Santiago Palanco del Departamento de Física Aplicada I de la Facultad de Ciencias de la UMA que ha realizado el estudio de la composición del volcán de La Palma y que ya ha retornado a Málaga. [Saludos profesor] El equipo portátil que habéis usado en La Palma permite una medida rápida de la composición de la lava, ¿cuándo se harán públicos los resultados que habéis obtenido?

Santiago: «Los resultados ya está empezando a salir. Pero todos los datos están en manos del Instituto Geológico y Minero de España (IGME), con quien hemos colaborado para este trabajo. Nos pusimos en contacto con ellos para llevar el Chemocopter, pero nos dijeron que el magma estaba produciendo cenizas que bloqueaban las unidades de medida y los rotores (motores) de los drones. Lo que se nos ocurrió fue llevar un nuevo equipo. Trasladar parte del equipo del dron a un equipo portátil y modificarlo para que en lugar de cubrir distancias de hasta cinco o diez metros pueda llegar hasta setenta metros. El equipo estaría en un punto fijo en el suelo, pero a una distancia segura de las coladas».

«La urgencia significa que hay muchas cosas que te dejas en el camino; cuando ejecutas un proyecto que tendría que durar dos o tres años en apenas tres semanas tienes que recortar muchas cosas, entre ellas la calibración del equipo. Los datos están en manos del IGME; ellos serán quienes tienen que dar la utilidad y la publicidad a dichos resultados».

Francis: La espectrometría de plasmas inducidos por láser se puede realizar tanto de día como de noche. En redes sociales hemos visto una fotografía en la que estáis tomando medidas de noche, en la que se ve muy bien el punto iluminado por el láser. Santiago, ¿tiene alguna ventaja trabajar de noche o lo habéis hecho así para poder tomar el mayor número de muestras en el menor tiempo posible?

Santiago: «No tiene ninguna ventaja trabajar de día o de noche. El horario dependía del volcán, de los turnos de trabajo en la zona de exclusión. En la espectrometría de plasmas inducidos por láser empleas un pulso que no es ultracorto, sino corto; los pulsos ultracortos son de picosegundos o femtosegundos, mientras que nosotros usamos pulsos de nanosegundos. Los tiempos en los que registramos las señales que vienen del plasma son de cientos de nanosegundos (menos de un microsegundo). La emisión de un cuerpo muy brillante es muy superior al ruido de fondo debido a la luz ambiental; por ello da igual que sea de día o de noche. No afecta para nada».

Enrique: «Coincidí contigo tras tu retorno de la expedición y me comentabas que había sido una experiencia muy dura trabajar en un volcán activo. Ponías muy en valor la labor de los investigadores que llevan allí dos meses trabajando allí. ¿Cómo ha sido la experiencia de estar tan cerca de un volcán activo?»

Santiago: «La experiencia es bastante peor de lo que aparentan las fotografías. Trabajamos con máscaras antigás en una isla en el Atlántico en la que entra un viento muy húmedo; las cenizas del volcán nuclean dicha humedad, por lo que de forma continua está lloviendo, lluvia con todos los gases que emite el volcán disueltos; así que hace frío, está lloviendo y está cayendo ceniza. Además, el suelo está caliente, hay que moverse en la colada con cámaras térmicas, siempre rodeados por la Unidad Militar de Emergencias (UME) que van equipados con sensores de todo tipo. En ocasiones han empezado a pitar los sensores y hemos entonces hemos tenido que irnos».

Santiago Palanco en 2016. Fuente: Diario Sur, Crónica Universitaria, foto de M. Morilla [web].
Esther: «Santiago, la información que habéis sacado es muy importante, ¿se puede predecir el comportamiento del volcán? ¿Sabemos cuándo se va a acabar esto? Ha sido una desgracia para muchísimas personas, pero también ha supuesto una oportunidad para investigadores, científicos, … Poder estudiar un volcán activo es una oportunidad única, al margen de la desgracia que ha supuesto, ¿no?».

Santiago: «La verdad es que la oportunidad es única. Además, no hay tantos científicos allí arriba; acreditados junto al IGME, que es una unidad del CSIC, estamos nosotros, está la Universidad de Málaga, y un grupo que vino de Suecia para hacer unas medidas de magnetismo de la lava».

Esther: «Eso te quería preguntar, la Universidad de Málaga ha estado presente en La Palma en varias cosas y hemos sido de los pocos…»

Santiago: «…de los únicos. La verdad, ha sido una auténtica suerte y ha sido una oportunidad…»

Esther: «¿Se puede saber cuándo acabará esto?»

Santiago: «Nadie, nadie tiene claro algo así. Se está empezando a poder interpretar el comportamiento del volcán, pero eso no significa que se pueda predecir que es lo que va hacer mañana o pasado. Si se sabe que hay etapas en las que está un poco más estable, o más tranquilo, y etapas en las que se ve que va a pasar algo… Pero estamos hablando de teoría del caos, [de algo impredecible]. Ellos están trabajando [en modelos que predicen] que puede pasar algo, pero no sabe si va a terminar o si va a repuntar».

Esther: «Muy interesante que un grupo de científicos de la UMA hayan usado un equipo inédito, un láser portátil, para medir la composición química de la lava a distancia. Ha sido un placer charlar con el profesor Santiago Palanco del Departamento de Física Aplicada I de la Facultad de Ciencias de la UMA, que ha estado allí en La Palma. Muchísimas gracias, profesor. [Despedida y cierre]



3 Comentarios

  1. Buenas Francis.

    Quería hacer un pequeño apunte, si me lo permites. Como técnico de apoyo del profesor Santiago Palanco quería matizar que el equipo llevado a la Palma usa exactamente un «tubo OTA» de un telescopio reflector montado en paralelo al láser que emite los pulsos.

    Francis quería agradecerte la gran labor divulgativa que realizas, soy un fiel seguidor de tuyo.

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