Introducción
Algunos patrones de la naturaleza parecen demasiado deliberados para ser accidentales. Las columnas hexagonales de piedra de la Calzada del Gigante son el caso clásico: decenas de miles de pilares de seis caras encajados con tanta pulcritud que durante siglos la gente prefirió atribuírselos a un gigante antes que admitir que no sabía explicarlos. La verdad es más extraña que la leyenda, y más extraña que la versión de manual que casi todo el mundo recuerda a medias. Estas columnas no son lava congelada en pleno vertido, y las grietas que las tallan no se abren mientras la roca está fundida. Se forman cientos de grados después, en piedra sólida, cuando una capa de lava que se enfría se contrae y se desgarra a sí misma en polígonos por el camino más barato que encuentra. A continuación verás cómo ocurre, por qué las columnas tienden a tener seis caras, cuál es la ventana de temperatura precisa en la que se agrietan y por qué el mismo panal aparece en una bandeja de almidón de maíz y en la pared de un cráter marciano.
Por qué la lava, al enfriarse, se agrieta en columnas hexagonales
Ponte en el borde de la Calzada del Gigante que da al mar, en el condado de Antrim, y el suelo deja de comportarse como un suelo. Bajo tus pies hay un mosaico de baldosas de piedra, la mayoría de seis lados, encajadas con tal precisión que no podrías deslizar una moneda entre ellas. Salen del acantilado, bajan escalonadas por una pendiente y desaparecen bajo las olas. Unas 40.000 de estas columnas se apiñan en el promontorio. Parecen talladas en una cantera y colocadas a mano. No lo fueron. Son lo que ocurre cuando una capa de lava se enfría y la roca de su interior se desgarra en polígonos.
El patrón es tan regular que durante siglos la gente prefirió un gigante a una explicación. La historia real es más extraña, y tiene un giro que sorprendió a los geólogos todavía en 2018: el agrietamiento no se produce mientras la lava es líquida. Se produce después, en roca sólida, a medida que la piedra sigue enfriándose y contrayéndose. Así es como un charco de roca fundida se convierte en una columnata.
¿Qué es la disyunción columnar?
La disyunción columnar es la fracturación de un cuerpo de roca que se enfría en columnas largas y aproximadamente paralelas. Las columnas se disponen perpendiculares a la superficie contra la que se enfrió la roca, y sus secciones transversales teselan un plano: formas de cuatro, cinco o seis lados, y ocasionalmente de tres o de siete, encajadas borde con borde. Los geólogos llaman a estas grietas «diaclasas», es decir, fracturas a lo largo de las cuales la roca se ha separado en lugar de deslizarse.
El fenómeno se manifiesta de forma más espectacular en el basalto, una roca volcánica oscura y rica en hierro que sale muy caliente y fluida y tiende a acumularse en capas gruesas y uniformes. Lo de gruesas y uniformes importa. Un cuerpo de lava profundo y homogéneo se enfría de forma lenta y constante, y ese enfriamiento lento y constante es lo que hace crecer columnas largas y limpias en lugar de un caos de grietas y cascotes. Las columnas más altas de la Calzada del Gigante alcanzan unos 12 metros (39 pies), y el basalto de los acantilados llega a tener 28 metros (92 pies) de espesor. En Devils Postpile, en California, una colada de lava se embalsó en un valle fluvial hasta una profundidad de unos 122 metros (400 pies) y produjo columnas de 12 a 18 metros de altura.
Las fracturas crecen desde las superficies de enfriamiento hacia el interior. Una colada de lava pierde calor por su techo, donde está en contacto con el aire, y por su base, donde descansa sobre suelo frío. Las grietas se nuclean en ambas superficies y se propagan hacia el interior caliente, y por eso una colada bien expuesta suele mostrar columnas que crecen hacia abajo desde el techo y hacia arriba desde la base, hasta encontrarse en algún punto intermedio.
¿Por qué hexágonos? La regla de los 120 grados
Para entender por qué las columnas prefieren los seis lados, olvídate de la roca un momento y piensa en el barro que se seca. Un charco se seca de la superficie hacia abajo. El barro de arriba pierde agua, tiende a encogerse y se lo impiden el barro húmedo de debajo y el barro de al lado. La tensión aumenta hasta que la capa se agrieta. La lava que se enfría hace lo mismo por la misma razón —quiere contraerse, pero está anclada a la roca que la rodea—, solo que la contracción se debe al descenso de la temperatura y no a la pérdida de agua. Las matemáticas que subyacen a ambos procesos son realmente las mismas, y por eso una llanura de barro seco y una columnata de basalto lucen la misma piel poligonal.
Ahora bien, ¿por qué polígonos con esquinas de unos 120 grados? Cuando una grieta se abre, libera la tensión que tira perpendicularmente a ella. La forma más eficiente de liberar un esfuerzo que tira por igual en todas las direcciones es agrietarse en tres direcciones a partir de un único punto, con esas tres grietas separadas 120 grados entre sí. Tres grietas a 120 grados que se encuentran en esquinas compartidas teselan el plano en hexágonos. Tal como lo explica el Servicio de Parques Nacionales de Estados Unidos, el esfuerzo de contracción se libera de la forma más eficiente mediante tres fracturas que se encuentran a 120 grados, y una red de esas uniones tesela la superficie en polígonos de seis lados.
Un estudio de 2015 publicado en Physical Review Letters por Martin Hofmann y sus colegas demostró matemáticamente que esta disposición hexagonal es el resultado energéticamente favorecido, la configuración que libera más energía de deformación a medida que avanzan las grietas. La naturaleza no apunta en absoluto a los hexágonos. Las grietas simplemente toman el camino de menor energía disponible, y en ese camino la geometría resulta hexagonal.
Hay un matiz que conviene conocer. Las redes de grietas suelen empezar desordenadas y rectangulares, con grietas que se cruzan a 90 grados, y después maduran hacia el ordenado panal de 120 grados a medida que la fracturación avanza en incrementos repetidos. El físico Lucas Goehring describió cómo un patrón rectilíneo puede evolucionar hacia uno hexagonal bajo las mismas fuerzas. Cuanto más hacia el interior de una colada gruesa miras, más regulares y hexagonales tienden a ser las columnas, porque el patrón ha tenido margen para optimizarse.
Por eso también es un mito que «todas las columnas de basalto son hexágonos». Los hexágonos son simplemente el resultado más común. En Devils Postpile, el USGS señala que «un promedio del 55 % de las columnas tiene la clásica forma de seis lados (hexagonal)», una proporción famosamente alta y, aun así, solo la mitad, más o menos. El resto tiene cinco, cuatro o siete lados. El panal es solo el resultado más probable entre varios.
¿A qué temperatura? La ventana de 840 a 890 °C
Durante mucho tiempo se dio por hecho lo obvio: que la lava se agrieta al solidificarse, que las diaclasas se abren en el momento en que la roca fundida se convierte en roca sólida. En 2018, un equipo dirigido por Anthony Lamur y Yan Lavallée en la Universidad de Liverpool midió la respuesta, y lo obvio resultó ser falso.
Trabajando con basaltos del volcán islandés Eyjafjallajökull, descubrieron que este basalto se solidificaba por completo a unos 980 °C, pero que las grietas de la disyunción no se formaban a esa temperatura. La roca tiene que seguir enfriándose, ya en estado sólido, hasta que la tensión sube lo suficiente como para romperla. Su resultado, publicado en Nature Communications, es preciso: la contracción durante el enfriamiento «induce una acumulación de esfuerzos por debajo de la temperatura de solidus (980 °C), que da lugar a una rotura macroscópica localizada entre 890 y 840 °C». En sus palabras, «la disyunción columnar tiene lugar bien dentro del estado sólido de las rocas volcánicas».
Esa ventana de 50 grados, aproximadamente de 840 a 890 °C, es donde nacen realmente las columnas. Para entonces, la lava ya no es lava en ningún sentido significativo. Es roca sólida, oscura y caliente, sometida a una deformación creciente, y en algún punto de ese intervalo cede. Así que las columnas de la Calzada del Gigante y de Devils Postpile no se agrietaron en piedra fundida. Se agrietaron en roca que se enfriaba, cientos de grados por debajo de su punto de solidificación.
Un recorrido por las grandes columnatas
Calzada del Gigante, Irlanda del Norte
La Calzada es la atracción principal. Sus cerca de 40.000 columnas se formaron durante el Paleoceno, hace unos 60 millones de años, cuando el noroeste de Europa se estaba desgarrando y se abría el Atlántico Norte. Enormes efusiones de basalto, la provincia ígnea del Atlántico Norte, inundaron la región, y una gruesa capa de lava se embalsó en un antiguo valle fluvial y, al enfriarse, formó las columnas que hoy pisamos. La UNESCO, que inscribió el lugar como Patrimonio de la Humanidad en 1986, describe «unas 40.000 grandes columnas poligonales de basalto de forma regular, en secciones horizontales perfectas, que forman un pavimento».
Y luego está Finn McCool. Según la leyenda, el gigante irlandés Fionn mac Cumhaill construyó la calzada a través del mar para enfrentarse al gigante escocés Benandonner. Cuando Fionn vio lo enorme que era su rival, huyó a casa, y su astuta esposa lo disfrazó de bebé en una cuna. Benandonner llegó, echó un vistazo al tamaño del «bebé», concluyó que el padre debía de ser un monstruo y salió corriendo de vuelta a Escocia, arrancando la calzada tras de sí para que nadie pudiera seguirlo. El mito tiene un eco geológico: las columnas de basalto gemelas de la cueva de Fingal, en la isla escocesa de Staffa, pertenecen a la misma provincia volcánica, el otro extremo del mismo camino desaparecido.
Devils Postpile, California
En la Sierra Nevada, cerca de Mammoth Mountain, una colada de basalto de menos de 100.000 años rellenó un valle glaciar y, al enfriarse, formó un conjunto de columnas excepcionalmente limpio. Devils Postpile es el ejemplo de manual precisamente porque sus columnas son muy regulares; el USGS lo atribuye a una «composición uniforme del magma, un tamaño de cristal pequeño y una historia de enfriamiento lento en un cañón fluvial». Más tarde, un glaciar pasó por encima de la formación, cortó los extremos superiores de las columnas y después los pulió hasta sacarles brillo. El resultado es poco común: puedes subir por un sendero hasta la parte superior y mirar directamente hacia abajo, a los hexágonos en planta, un suelo de baldosas bruñido por el glaciar a 18 metros por encima del talud de columnas caídas que hay al pie.
Devils Tower, Wyoming: la excepción
Devils Tower luce las mismas columnas acanaladas, y por eso tiene su lugar en cualquier conversación sobre disyunción columnar, pero es la excepción, por dos motivos. Primero, no es basalto. La torre está formada por pórfido fonolítico, una roca ígnea de color claro a verdoso salpicada de cristales de feldespato, emplazada hace unos 40 millones de años. La física de su agrietamiento es la misma historia de contracción, pero la roca es químicamente distinta del basalto de la Calzada y de Devils Postpile.
Segundo, los geólogos todavía discuten cómo llegó allí. Todo el mundo está de acuerdo en que es roca ígnea que la erosión dejó al descubierto a medida que se desgastaban las rocas sedimentarias más blandas que la rodeaban. Lo que nadie ha resuelto es qué clase de cuerpo magmático era. Las propuestas del último siglo incluyen un tapón o cuello volcánico, un lacolito, un stock y, más recientemente, un cuerpo de lava emplazado en un volcán de tipo maar-diatrema. El USGS afirma sin rodeos que «los geólogos debaten si el magma llegó o no a la superficie en forma de erupción volcánica». Devils Tower nos recuerda que una forma del relieve famosa puede estar perfectamente descrita y, aun así, no estar del todo explicada.
Disyunción columnar más allá de la Tierra
Como la receta es simplemente «un cuerpo grueso de material que se enfría y se contrae», el patrón no es exclusivo de la Tierra, ni tampoco de la roca. Puedes hacer crecer una disyunción columnar en la cocina. En 2009, Lucas Goehring, L. Mahadevan y Stephen Morris publicaron en PNAS un estudio que mostraba que las pastas espesas de almidón de maíz, al secarse, se agrietan en columnas «geométricamente similares a las diaclasas columnares de la lava que se enfría, presentes en lugares geológicos como la Calzada del Gigante». El almidón se seca; la lava se enfría; las matemáticas subyacentes del agrietamiento bajo un esfuerzo diferencial son las mismas, así que los patrones coinciden.
Ese mismo año, un equipo dirigido por Moses Milazzo informó, gracias a la cámara HiRISE de la NASA, de la presencia de disyunción columnar en Marte. En la pared de un cráter reciente de 16 kilómetros, en una región llamada Marte Vallis, encontraron columnas de unos 30 a 40 metros de altura que «presentan los rasgos de los basaltos columnares terrestres», la primera detección inequívoca de disyunción columnar en otro planeta. La lava se enfrió en Marte igual que se enfría en Antrim, y dejó la misma firma. Resulta que el panal pertenece a la propia física, y aparece allí donde se repiten las condiciones.
Preguntas frecuentes
¿Por qué las columnas de basalto son hexagonales?
Cuando la roca que se enfría se contrae, acumula tensión y se agrieta. Un esfuerzo que tira por igual en todas las direcciones se libera de la forma más eficiente mediante tres grietas que se encuentran formando ángulos de 120 grados, y una red de uniones de 120 grados tesela la superficie en polígonos de seis lados. La disposición hexagonal es la que libera más energía de deformación, así que es la configuración en la que las grietas se asientan de forma natural.
¿Todas las columnas de basalto columnar tienen seis lados?
No. Los hexágonos son la forma más común, pero no la única. Las columnas pueden tener entre tres y siete lados. Incluso en Devils Postpile, una de las formaciones más regulares de la Tierra, solo alrededor del 55 % de las columnas son hexágonos auténticos; el resto tiene sobre todo cinco y cuatro lados.
¿Cuánto tardó en formarse la Calzada del Gigante?
La lava entró en erupción hace unos 60 millones de años, durante el Paleoceno, como parte de la actividad volcánica que acompañó la apertura del Atlántico Norte. Las columnas propiamente dichas se formaron durante el enfriamiento de esa capa de lava, un proceso de contracción y agrietamiento que se desarrolló a medida que la roca sólida se enfriaba atravesando temperaturas de unos 840 a 890 °C.
¿Devils Tower es de basalto?
No. Pese a sus columnas de aspecto basáltico, Devils Tower está formada por pórfido fonolítico, una roca ígnea químicamente distinta, emplazada hace unos 40 millones de años. Su origen exacto sigue siendo objeto de debate, y los geólogos están divididos entre si se trata de un cuello volcánico, de un lacolito o de un cuerpo emplazado en un volcán de tipo maar-diatrema.
¿Dónde puedo ver basalto columnar?
Entre los lugares famosos están la Calzada del Gigante, en Irlanda del Norte; Devils Postpile, en California; la cueva de Fingal, en la isla de Staffa (Escocia); el flanco de Devils Tower, en Wyoming (de fonolita y no de basalto), y muchas coladas basálticas de todo el mundo. Incluso se han obtenido imágenes de disyunción columnar en Marte, en Marte Vallis.
La forma del enfriamiento
Las columnas de la Calzada del Gigante no son el camino de un gigante, ni lava congelada en pleno vertido. Son el registro de una roca sólida que se enfría atravesando una estrecha franja de temperaturas, se contrae y encuentra la forma más barata de romperse. La misma aritmética de la contracción recorre una llanura de barro que se seca, una bandeja de almidón de maíz y la pared de un cráter en Marte. Cuando has visto los hexágonos en un sitio, empiezas a encontrarlos por todas partes, que es exactamente lo que cabría esperar de un proceso gobernado por la física.
