SCHOTT solutions n° 1/2014 > Premio a la investigación Otto Schott 2014

The Glass Laboratory Inside a Mountain
Foto: thinkstock

Laboratorio del vidrio en una montaña


El estudio experimental de volcanes ha sido desde los años 90 el principal campo de trabajo del conocido investigador Profesor Dr. Donald Dingwell. Este investigador canadiense ha sido distinguido por su labor con el Premio Otto Schott a la Investigación 2014.


Matthias Matting

Ya en la Edad de Piedra los humanos utilizábamos el vidrio volcánico para herramientas de corte y puntas de lanza. Donald Bruce Dingwell vio por vez primera la obsidiana, que es una roca formada por lava enfriada, en un libro de texto sobre Ciencias de la Naturaleza mientras cursaba la enseñanza media en su país de origen, Canadá. Por aquel entonces todavía no era consciente de que un día investigaría sobre los laboratorios naturales en los que se forma el vidrio volcánico. Acabó estudiando Física y Química, con Geología como asignatura optativa.

Este investigador nacido en 1958 no descubrió su pasión por la vulcanología hasta que cumplió la treintena. A pesar de que los volcanes nos han acompañado a lo largo de la historia y la evolución, desde el punto de vista de la ciencia moderna fueron estudiados de una forma más bien unilateral. El actual Profesor de Vulcanología Experimental y Director del Departamento de Ciencias de la Tierra y Medioambientales en la universidad LMU de Munich recuerda que ”se limitaba a un enfoque descriptivo”. Los investigadores analizaban con la máxima precisión todo aquello que había sido expulsado al exterior durante las erupciones e intentaban extraer conclusiones sobre los procesos físicos y químicos que se operaban en el interior de la montaña. ”Este tipo de trabajo de campo es casi un arte”, comenta Dingwell, y aun así sus colegas de los campos de la física o la biología difícilmente hubieran calificado la vulcanología de ciencia natural moderna, debido a la falta de los componentes de simulación y experimentación.
Experimental volcanology
En el laboratorio de Dingwell, en la Universidad de Munich, se calientan rocas a una temperatura de 1.300 °C bajo presión y se simula una erupción volcánica. Foto: SCHOTT/H.-J. Schulz
Pero, ¿cómo se pueden simular estas montañas ardientes en un laboratorio? Los volcanes “artificiales” se hallan en un sótano de un edificio de la Universidad de Munich. Unos tubos de hasta 4 m de largo y tan anchos como cubos forman chimeneas, por las que la explosión asciende hasta la superficie. Un horno genera temperaturas de hasta 1.300 °C y las rocas son calentadas bajo presión en su interior. Igual que en un volcán real, la erupción se produce cuando se alivia súbitamente la presión. El equipo de investigadores del Profesor Dingwell mide con cámaras la velocidad a la que las partículas, entre ellas también vidrios, son expulsadas. Su tamaño se determina desprendiéndolas de las paredes de las chimeneas una vez finalizado el experimento. ”Los vidrios aquí producidos son instantáneas de la estructura de los líquidos que nunca tuvieron la oportunidad de enfriarse en un equilibrio termodinámico. Este es un estado especial de la naturaleza que realmente me fascina”, explica Dingwell.

Dingwell y sus compañeros tuvieron que superar una serie de obstáculos para que la vulcanología experimental pudiera llegar a este punto. Para determinar la influencia de los líquidos calientes y sus productos finales de vidrio enfriado, necesitaban información sobre sus propiedades exactas. Su determinación ha convertido a Dingwell en lo que es ahora: uno de los expertos en caracterización del vidrio y masas fundidas más solicitados del mundo.
Otto-Schott-Forschungspreis
El Profesor Donald Dingwell (2º por la Izda.) recibió el Premio Otto Schott a la Investigación por sus investigaciones sobre vidrios volcánicos. Le hizo entrega del premio el Dr. Hans-Joachim Konz, Presidente del Consejo de Patronato de la Fundación Ernst Abbe y miembro del Consejo de Dirección de SCHOTT (2º por la Dcha.) en el transcurso de un congreso internacional sobre vidrio celebrado en Aquisgrán a finales de mayo. Le acompañan en la fotografía el Profesor Reinhard Conradt (RWTH Aachen, a la Izda.) y el Profesor Carlo Pantano (Penn State University, a la Dcha.), asimismo miembros del Consejo de Patronato. Foto: SCHOTT/A. Sell
Recurren a él en particular cuando la comprensión del vidrio exige realizar experimentos bajo condiciones especiales o sobre composiciones poco corrientes. A fin de cuentas, los casos límite son la norma para el vulcanólogo. Los vidrios volcánicos a menudo contienen proporciones muy elevadas de impurezas, tales como, agua y gases, que alteran sus propiedades de diversas formas. “Nos hubiera gustado poder consultar en libros especializados, pero no pudimos encontrar muchas respuestas, ni siquiera a las cuestiones más básicas relativas a la densidad, el coeficiente de dilatación térmica, la compresibilidad, la tensión superficial o la solubilidad de los gases bajo alta presión”, añade Dingwell. Incontables publicaciones científicas documentan la labor recopilatoria de Dingwell y sus compañeros: determinaron las propiedades termomecánicas de vidrios silicato y midieron la solubilidad del agua en las masas fundidas. Hoy en día, estos artículos son lectura obligatoria para todos los investigadores industriales cuya tarea es purificar el vidrio, es decir, expulsar el agua y los gases solubles de la masa fundida. Varias publicaciones del grupo de trabajo de Dingwell también han tratado el tema de cómo afecta la composición de un vidrio a la viscosidad y a la dilatación. Se ha conseguido así avanzar significativamente en el conocimiento de las reacciones viscoelásticas de los vidrios simples y complejos. ”Ahora disponemos de las fórmulas para derivar las propiedades de un vidrio a partir de su composición y estructura”, explica Dingwell. Se trata de conocimientos de los que también sacan provecho los investigadores que trabajan en los laboratorios de la industria del vidrio y por los que Dingwell es galardonado ahora con el Premio Otto Schott a la Investigación, dotado con 25.000 euros, que se entrega cada dos años.
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Pionero en el campo de la vulcanología experimental

”El Profesor Dingwell es un investigador extraordinario, cuya labor sobre las propiedades termomecánicas de los vidrios silicato y sus masas fundidas ha tenido un gran impacto en las ciencias de la Tierra, la ciencia y la tecnología del vidrio”, resaltó el Profesor Carlo Pantano, miembro del Consejo de Patronato, durante la ceremonia de entrega. ”Estos hallazgos fundamentales también han contribuido a una mejor comprensión de la fusión y el moldeo de los vidrios industriales”, agregó. <