Cómo identificar mejor los volcanes peligrosos

erupción del Pinatubo

Arriba: Durante la erupción del monte Pinatubo en junio de 1991, se expulsaron grandes cantidades de partículas de ceniza a la estratosfera. El impacto de la erupción en el clima duró años. Crédito: Dave Harlow, USGS

Las burbujas de gas presentes en la cámara de magma retrasan la erupción del volcán

Mientras más agua se disuelva en el magma, mayor es el riesgo de que explote un volcán. Un nuevo estudio del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich (ETH Zurich) ahora muestra que esta simple regla es solo parcialmente cierta. Paradójicamente, el alto contenido de agua reduce significativamente el riesgo de explosión.

Los vulcanólogos han estado preocupados durante mucho tiempo por dos preguntas: ¿Cuándo exactamente entrará en erupción un volcán la próxima vez? ¿Y cómo se desarrollará esa erupción? ¿La lava fluirá hacia abajo de la montaña como una pasta viscosa, o el volcán impulsará explosivamente una nube de cenizas kilómetros hacia la atmósfera?

La primera pregunta de "cuándo" se puede responder ahora con relativa precisión, explica Olivier Bachmann, profesor de Petrología Magmática en ETH Zurich. Señala datos de seguimiento de la isla canaria de La Palma, donde el volcán de Cumbre Vieja emitió recientemente un flujo de lava que se vertió hacia el mar. Usando datos sísmicos, los expertos pudieron rastrear la ascenso de la lava en tiempo real, por así decirlo, y predecir la erupción en unos pocos días.

Impredecibles fuerzas de la naturaleza

El "cómo", por otro lado, sigue siendo un gran dolor de cabeza para los vulcanólogos. Se sabe que es poco probable que los volcanes en islas como La Palma o Hawái produzcan grandes explosiones. Pero esta pregunta es mucho más difícil de responder para los grandes volcanes ubicados a lo largo de las zonas de subducción, como los que se encuentran en los Andes, en la costa oeste de Estados Unidos, en Japón, Indonesia o en Italia y Grecia. Esto se debe a que todos estos volcanes pueden entrar en erupción de muchas formas diferentes, sin forma de predecir cuál ocurrirá.

Para comprender mejor cómo entra en erupción un volcán, en los últimos años muchos investigadores se han centrado en lo que sucede en el conducto volcánico. Se sabe desde hace algún tiempo que los gases disueltos en el magma, que luego emerge como lava en la superficie de la Tierra, son un factor importante. Si hay grandes cantidades de gases disueltos en el magma, se forman burbujas de gas en respuesta a la disminución de la presión a medida que el magma asciende a través del conducto, similar a lo que sucede en una botella de champán agitada. Estas burbujas de gas, si no pueden escapar, conducen a una erupción explosiva. Por el contrario, un magma que contiene poco gas disuelto fluye suavemente fuera del conducto y, por lo tanto, es mucho menos peligroso para el área circundante.

¿Qué pasa en el período previo?

Bachmann y su investigador postdoctoral Răzvan-Gabriel Popa se han centrado ahora en la cámara de magma en un nuevo estudio que publicaron recientemente. En un extenso estudio de literatura, analizaron datos de 245 erupciones volcánicas, reconstruyendo qué tan caliente estaba la cámara de magma antes de la erupción, cuántos cristales sólidos había en el derretimiento y qué tan alto era el contenido de agua disuelta. Este último factor es particularmente importante, porque el agua disuelta forma luego las infames burbujas de gas durante el ascenso del magma, convirtiendo el volcán en una botella de champán que se descorchó demasiado rápido.

Los datos inicialmente confirmaron la doctrina existente: si el magma contiene poca agua, el riesgo de una erupción explosiva es bajo. El riesgo también es bajo si el magma ya contiene muchos cristales. Esto se debe a que garantizan la formación de canales de gas en el conducto a través de los cuales el gas puede escapar fácilmente, explica Bachmann. En el caso del magma con pocos cristales y un contenido de agua superior al 3,5 por ciento, por otro lado, el riesgo de una erupción explosiva es muy alto, tal como predice la doctrina imperante.

Lo que sorprendió a Bachmann y Popa, sin embargo, fue que la imagen cambia nuevamente con un alto contenido de agua: si hay más de aproximadamente un 5,5 por ciento de agua en el magma, el riesgo de una erupción explosiva disminuye notablemente, aunque ciertamente se pueden formar muchas burbujas de gas a medida que sube la lava. "Así que hay un área de riesgo claramente definida en la que debemos centrarnos", explica Bachmann.

volcán Nisyros

Imagen: El volcán Nisyros en el Egeo es uno de esos volcanes que han entrado en erupción de formas muy diferentes durante las últimas decenas de miles de años. La llamativa caldera en el centro de la isla se formó durante una gran erupción hace más de 50.000 años. Crédito: R.G. Popa/ETH Zúrich

Gases como tampón

Los dos vulcanólogos explican su nuevo hallazgo a través de dos efectos, todos relacionados con el alto contenido de agua que hace que se formen burbujas de gas no solo en el conducto, sino también en la cámara de magma. Primero, las muchas burbujas de gas se unen desde el principio, a gran profundidad, para formar canales en el conducto, lo que facilita la salida del gas. El gas puede filtrarse a la atmósfera sin ningún efecto explosivo. En segundo lugar, las burbujas de gas presentes en la cámara de magma retrasan la erupción del volcán y, por lo tanto, reducen el riesgo de explosión.

"Antes de que un volcán entre en erupción, el magma caliente se eleva desde grandes profundidades y entra en la cámara subvolcánica del volcán, que se encuentra de 6 a 8 kilómetros por debajo de la superficie, y allí aumenta la presión", explica Popa. "Tan pronto como la presión en la cámara de magma es lo suficientemente alta como para romper las rocas suprayacentes, se produce una erupción".

Si la roca fundida en la cámara de magma contiene burbujas de gas, estas actúan como un amortiguador: son comprimidas por el material que se eleva desde abajo, lo que ralentiza la acumulación de presión en la cámara de magma. Este retraso le da al magma más tiempo para absorber el calor de abajo, de modo que la lava está más caliente y por lo tanto menos viscosa cuando finalmente entra en erupción. Esto facilita que el gas en el conducto escape del magma sin efectos secundarios explosivos.

La COVID-19 como un golpe de suerte

Estos nuevos hallazgos hacen que sea teóricamente posible llegar a mejores pronósticos de cuándo esperar una explosión peligrosa. La pregunta es, ¿cómo pueden los científicos determinar de antemano la cantidad de burbujas de gas en la cámara de magma y hasta qué punto el magma ya ha cristalizado? "Actualmente estamos discutiendo con los geofísicos qué métodos podrían usarse para registrar mejor estos parámetros cruciales", dice Bachmann. "Creo que la solución es combinar diferentes métricas: datos sísmicos, gravimétricos, geoeléctricos y magnéticos, por ejemplo".

Para concluir, Bachmann menciona un aspecto lateral del nuevo estudio: "Si no fuera por la crisis del coronavirus, probablemente no hubiéramos escrito este artículo", dice con una sonrisa.

"Cuando se hizo el primer confinamiento significó que de repente no pudiéramos ir al campo o al laboratorio, tuvimos que repensar nuestras actividades de investigación con poca antelación. Así que nos tomamos el tiempo que ahora teníamos en nuestras manos y lo empleamos revisando la literatura para verificar una idea que ya teníamos basada en nuestros propios datos de medición. Probablemente no hubiéramos hecho esta investigación que consume mucho tiempo en circunstancias normales".

La investigación se ha publicado en la revista Nature Geoscience: Explosive or effusive style of volcanic eruption determined by magma storage conditions

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