El óxido de grafeno suele asociarse con laboratorios de materiales avanzados, baterías, dispositivos electrónicos y sistemas de filtración. Ahora, sin embargo, un equipo de científicos lo ha encontrado en un lugar inesperado: las diminutas grietas de una falla geológica activa situada en el centro de Japón.
Investigadores de la Universidad de Tohoku identificaron láminas naturales de este material dentro del sistema de fallas de Atotsugawa, que se extiende por las prefecturas de Gifu y Toyama. De acuerdo con el trabajo publicado en Nature Communications, se trata de la primera identificación confirmada de óxido de grafeno dentro de una falla activa.
El descubrimiento podría ayudar a explicar una característica desconcertante de la región. Aunque Atotsugawa se encuentra en una zona tectónicamente activa, su sector central presenta poca actividad sísmica hasta profundidades de entre siete y ocho kilómetros. Allí también se han registrado periodos de creep, un desplazamiento lento de las rocas que libera parte de la tensión sin producir necesariamente una ruptura sísmica brusca.
Un material de laboratorio escondido entre las rocas
El equipo analizó muestras recogidas en seis zonas pertenecientes a las fallas de Atotsugawa y Mozumi-Sukenobe. Para distinguir las diferentes formas de carbono presentes en las rocas emplearon espectroscopía Raman, espectroscopía de fotoelectrones por rayos X y microscopía electrónica de transmisión.
Las observaciones revelaron que el óxido de grafeno se concentraba dentro de microgrietas de la roca triturada por el movimiento de la falla. Según detalla el estudio, aparecía formando láminas individuales con dimensiones laterales de entre tres y diez nanómetros, una escala tan pequeña que solo podía comprobarse mediante microscopía electrónica de alta resolución.
El grafeno está formado por una capa de átomos de carbono organizados en una estructura hexagonal. Su versión oxidada incorpora grupos químicos con oxígeno que modifican el modo en que el material interactúa con el agua y con otras superficies.
Esa composición le proporciona una propiedad especialmente relevante para la geología: un coeficiente de fricción cercano a 0,01. Es aproximadamente diez veces menor que el del grafito y queda muy por debajo del registrado en las rocas, los minerales comunes e incluso las arcillas consideradas relativamente resbaladizas.
La falla podría estar fabricando su propio lubricante
Los investigadores creen que las láminas de óxido de grafeno pueden introducirse entre los minerales y evitar que las superficies rocosas entren en contacto directo. Los grupos con oxígeno también interactúan con el agua atrapada entre las capas, creando unas condiciones todavía más favorables para el deslizamiento.
La hipótesis más llamativa es que el propio movimiento de la falla contribuya a fabricar el material. La fricción y la deformación podrían desencadenar reacciones triboquímicas capaces de transformar carbono amorfo procedente de materia orgánica en pequeñas estructuras de óxido de grafeno.
“Cuanto más se desliza una falla, más genera su propio nanolubricante, lo que facilita todavía más su movimiento”, explicó Hiroyuki Nagahama, profesor de la Universidad de Tohoku y uno de los autores de la investigación.
El estudio también encontró una coincidencia significativa entre la estabilidad del material y el comportamiento de Atotsugawa. El óxido de grafeno comienza a perder sus grupos de oxígeno al acercarse a los 200 °C. Según el gradiente térmico de la región, podría mantenerse estable hasta unos 6,3 o 7,5 kilómetros de profundidad, prácticamente el mismo límite observado en la zona de menor sismicidad.
Esto no demuestra que el óxido de grafeno sea la única causa del deslizamiento lento. Los fluidos subterráneos, la distribución de esfuerzos y otros minerales también pueden influir en la forma en la que se mueve una falla. Los propios autores reconocen que serán necesarios ensayos de fricción y nuevas observaciones geodésicas para comprobar cuánto modifica realmente este material su comportamiento.
Una nueva pieza para entender los terremotos
La investigación tampoco significa que la presencia de óxido de grafeno convierta una falla en un sistema seguro o incapaz de producir grandes terremotos. Atotsugawa ha cambiado su comportamiento a lo largo del tiempo y algunas mediciones han mostrado periodos en los que ciertos segmentos parecían estar bloqueados.
Lo importante es que el hallazgo introduce un elemento que hasta ahora apenas se había considerado en los modelos sísmicos: la química del carbono podría alterar directamente la fricción de las fallas y la forma en que liberan la tensión acumulada.
“Si el óxido de grafeno puede formarse naturalmente en las fallas, se abren posibilidades completamente nuevas para comprender el comportamiento de los terremotos y cómo evolucionan estas fracturas”, señaló Tomoya Shimada, autor principal del estudio.
El material que los científicos llevan años intentando perfeccionar en los laboratorios podría, por tanto, estar formándose bajo tierra desde mucho antes. Y en Atotsugawa tal vez no sea una simple curiosidad mineral: podría formar parte del mecanismo que permite a una falla activa deslizarse casi en silencio.
