La topografía tiene un considerable impacto en las predicciones del movimiento del terreno
Para quienes viven cerca de volcanes, el peligro va mucho más allá de los flujos de lava y las nubes de ceniza. Algunas erupciones explosivas pueden provocar dramáticos derrumbes en las laderas de un volcán, como las del Monte Santa Helena (Washington) y el Anak Krakatau (Indonesia). Este último desencadenó tsunamis, a los que se atribuye la mayoría de las muertes causadas por sus históricas erupciones de 1883.
Sin embargo, la ciencia y los desencadenantes exactos de tales catástrofes siguen siendo en gran medida desconocidos.
Para ayudar a los científicos a pronosticar el colapso de las laderas de los volcanes, también conocidos como flancos o pendientes, Christelle Wauthier, profesora asociada del Departamento de Geociencias de la Universidad Estatal de Pensilvania y directora del centro de ciencias computacionales del Instituto de Ciencias Computacionales y de Datos, ha liderado el desarrollo de nuevos modelos que pueden medir la estabilidad de un volcán.
Los modelos pueden ayudar a las autoridades y comunidades locales a evaluar el potencial de colapso mucho antes de que el suelo ceda total y repentinamente.
"El aporte de magma debajo del volcán somete la corteza a una enorme cantidad de presión, mucho más fuerte que la presión del agua", dijo Wauthier. "Ejerce una enorme fuerza sobre las rocas que puede contribuir a la desestabilización del volcán y provocar su colapso. Sin embargo, desconocemos con exactitud las condiciones que favorecerían la inestabilidad, y evaluar los factores desencadenantes es bastante complejo".
Basándose en parte en ejemplos reales de deslizamientos de laderas de volcanes (incluidos sitios en Hawái que experimentaron colapsos), Wauthier y sus socios de investigación desarrollaron una forma de predecir cómo responderían las laderas al magma ascendente en distintas condiciones. El magma es la roca fundida que se convierte en lava al emerger a la superficie terrestre. También evaluaron dónde sería más o menos probable el deslizamiento de la superficie, en función de los cambios esperados en la estabilidad.
Imagen derecha: Bocetos de tres volcanes de ejemplo donde se han propuesto las interacciones magmáticas-fallas estudiadas en este trabajo. Las regiones naranjas bajo los edificios representan las ubicaciones propuestas de intrusiones magmáticas y las líneas discontinuas marrones representan la ubicación propuesta de las superficies de falla (fallas normales) que se adaptan al movimiento de flanco, con base en modelos de deformación del terreno observados en el trabajo citado debajo de cada panel.
Sus nuevos modelos se basan en el conocimiento previo sobre la ubicación del magma. El magma que asciende bajo un volcán puede provocar deslizamientos en fallas existentes (zonas fracturadas donde dos bloques de roca pueden moverse entre sí). El deslizamiento en estos puntos puede, con el tiempo, provocar un colapso.
"Si tienes una idea de qué área del volcán es más susceptible a un colapso, podrías colocar sensores terrestres como sismómetros o GPS para monitorear un flanco riesgoso minuto a minuto u hora a hora mucho antes de que ocurra un colapso", dijo Wauthier, quien también es profesor afiliado del Instituto de Sistemas Ambientales y de la Tierra.
Para facilitar las predicciones, el equipo de investigación se centró en los buzamientos de las fallas, es decir, en el ángulo de una falla o fractura de roca con respecto a la superficie horizontal. Los investigadores descubrieron que el terreno es más propenso a ceder en laderas con buzamientos de fallas poco profundos bajo la superficie, especialmente si el magma abre la corteza bajo la cima del volcán. Al igual que las pilas de bloques en un tobogán, las fallas más verticales en flancos más empinados también son propensas a la inestabilidad, señalaron los investigadores.
Observaron que la topografía tiene un considerable impacto en las predicciones del movimiento del terreno, un factor que a menudo se pasa por alto en otros estudios.
"Esta investigación fundamental puede tener aplicaciones útiles para evaluar mejor los riesgos específicos de colapso y las zonas del volcán más susceptibles a la inestabilidad", afirmó Wauthier. "A largo plazo, impulsar este tipo de investigación podría ayudar a las comunidades cercanas al volcán, brindándoles tiempo para prepararse y evacuar antes de un colapso, si fuera necesario".
Históricamente, afirmó, los derrumbes causados por la actividad volcánica han sido especialmente amenazantes para la vida humana. Cuando el Monte Santa Helena entró en erupción en mayo de 1980, su colapso eliminó la tapa de su depósito de magma, lo que provocó una erupción explosiva aún mayor y más violenta. En total, 57 personas murieron en la erupción del Monte Santa Helena; 27 puentes y casi 200 viviendas fueron destruidos.
Un siglo antes, la erupción del Anak Krakatau en agosto de 1883 —otro caso de colapso volcánico— causó más de 36.000 muertes y destruyó decenas de aldeas. Se registraron olas de tsunami de más de 30 metros de altura.
Tras el colapso y la erupción del volcán en septiembre de 2018, más de 400 personas murieron en medio de un tsunami masivo. Wauthier y sus colegas también estudiaron ese evento y descubrieron que la ladera de la montaña llevaba años deslizándose.
"Estos colapsos pueden ser muy, muy peligrosos", dijo Wauthier, cuya investigación se centra en mitigar los peligros naturales de los volcanes, deslizamientos de tierra y terremotos, entre otros.
Explicó que los volcanes más explosivos se forman a lo largo de arcos de subducción, donde una placa tectónica se subduce o queda enterrada bajo otra. Muchos volcanes de zonas de subducción se encuentran a lo largo de las costas, incluso en Indonesia y a lo largo de las Islas Aleutianas en Alaska. Los volcanes en Hawái también pueden ser inestables en algunos lugares, aunque no son tan explosivos como los de las zonas de subducción, dijo Wauthier.
Las investigaciones de seguimiento pueden centrarse en fortalecer los cálculos del modelo y probar los modelos bajo otras condiciones variables, dijo.
Los modelos has sido publicados en el Journal of Geophysical Research: Solid Earth: The Effect of Edifice Slope, Failure Surface Geometry, and Magma Intrusion Depth on the Development of Flank Instability at Volcanoes
