La flotabilidad del magma, más que la proporción de roca sólida y fundida, es lo que impulsa las erupciones
Una nueva investigación sobre roca fundida a 20 kilómetros bajo la superficie de la Tierra podría ayudar a salvar vidas al mejorar la predicción de la actividad volcánica.
Las erupciones volcánicas plantean importantes peligros, con devastadores impactos tanto para las personas que viven cerca como para el medio ambiente. Actualmente se predicen basándose en la actividad del propio volcán y los pocos kilómetros superiores de corteza debajo de él, que contienen roca fundida potencialmente lista para entrar en erupción.
Sin embargo, una nueva investigación destaca la importancia de buscar pistas mucho más profundamente en la corteza terrestre, donde las rocas se funden primero en magma antes de ascender a cámaras más cercanas a la superficie.
Para comprender el funcionamiento interno de los fenómenos más explosivos de nuestro planeta, investigadores del Imperial College de Londres y la Universidad de Bristol profundizaron para arrojar luz sobre la frecuencia, composición y tamaño de las erupciones volcánicas en todo el mundo.
Sus hallazgos sugieren que el tamaño y la frecuencia de las erupciones están estrechamente relacionados con el tiempo que tarda la roca fundida extremadamente caliente conocida como magma en formarse en estos depósitos profundos debajo de la corteza terrestre, a profundidades de hasta 20 kilómetros, así como con el el tamaño de estos depósitos.
Los investigadores creen que los hallazgos les permitirán predecir las erupciones volcánicas con mayor precisión y, en última instancia, salvaguardar a las comunidades de personas y ayudar a mitigar los riesgos para el medio ambiente.
Estudiando volcanes alrededor del mundo
El estudio, dirigido por investigadores del Departamento de Ciencias de la Tierra e Ingeniería de Imperial, revisó datos de 60 de las erupciones volcánicas más explosivas, que abarcan nueve países: Estados Unidos, Nueva Zelanda, Japón, Rusia, Argentina, Chile, Nicaragua, El Salvador e Indonesia.
"Observamos volcanes de todo el mundo y excavamos más profundamente que estudios anteriores que se centraban en cámaras subterráneas poco profundas donde se almacena el magma antes de las erupciones. Nos centramos en comprender los depósitos de fuentes de magma que se encuentran muy por debajo de nuestros pies, donde el calor extremo funde rocas sólidas en magma a profundidades de alrededor de 10 a 20 kilómetros", dijo la autora del estudio, la Dra. Catherine Booth, investigadora asociada en el Departamento de Ingeniería y Ciencias de la Tierra del Imperial College de Londres.
El equipo combinó datos del mundo real con avanzados modelos informáticos. Observaron la composición, estructura e historia de las rocas que se encuentran en las profundidades de la corteza terrestre, junto con información recopilada de volcanes activos, para comprender cómo se acumula y se comporta el magma en las profundidades bajo tierra, y finalmente asciende a través de la corteza terrestre hasta convertirse en volcanes.
Utilizando esta información, los investigadores crearon simulaciones por computadora que imitan los complejos procesos de flujo y almacenamiento de magma en las profundidades de la Tierra. A través de estas simulaciones, el equipo obtuvo nuevos conocimientos sobre los factores que impulsan las erupciones volcánicas.
Imagen: Esta imagen ilustra los procesos del reservorio fuente que pueden provocar una gran erupción volcánica. Inicialmente, se forma un reservorio duradero de magma altamente cristalizado cuando penetra magma procedente de las profundidades de la corteza terrestre o del manto superior. Este depósito puede producir magma con menor cristalinidad, que luego puede moverse hacia arriba y llenar una cámara menos profunda a través de (A) grietas estrechas llamadas diques o (B) masas flotantes conocidas como diapiros, el depósito puede abarcar la corteza y la masa fundida puede suministrarse directamente a una cámara poco profunda (C). El flujo reactivo y percolativo de fusión a través del depósito fuente acumula una capa de magma desprendido cerca de la parte superior del depósito (D).
Identificación de controles clave de las erupciones
"Al contrario de lo que se creía anteriormente, nuestro estudio sugiere que la flotabilidad del magma, más que la proporción de roca sólida y fundida, es lo que impulsa las erupciones", dijo la Dra. Booth.
"La flotabilidad del magma está controlada por su temperatura y composición química en comparación con la roca circundante; a medida que el magma se acumula, su composición cambia para hacerlo menos denso, haciéndolo más 'flotante' y permitiéndole ascender".
"Una vez que el magma se vuelve lo suficientemente flotante como para flotar, se eleva y crea fracturas en la roca sólida suprayacente, y luego fluye a través de estas fracturas muy rápidamente, provocando una erupción".
Además de identificar la flotabilidad del magma como un importante factor que impulsa las erupciones, los investigadores también observaron cómo se comporta el magma una vez que llega a cámaras subterráneas menos profundas justo antes de entrar en erupción. Descubrieron que el tiempo que se almacena el magma en estas cámaras menos profundas también puede tener un efecto en las erupciones volcánicas, ya que períodos de almacenamiento más largos conducen a erupciones más pequeñas.
Si bien se puede esperar que los reservorios más grandes provoquen erupciones mayores y más explosivas, los hallazgos también revelaron que los reservorios muy grandes dispersan el calor, lo que ralentiza el proceso de fusión de rocas sólidas en magma. Esto llevó a los investigadores a concluir que el tamaño de los embalses es otro factor clave para predecir con precisión el tamaño de las erupciones, y que existe un tamaño óptimo para las erupciones más explosivas.
Los hallazgos también resaltan que las erupciones rara vez son aisladas y, en cambio, son parte de un ciclo repetitivo. Además, el magma liberado por los volcanes que estudiaron tenía un alto contenido de sílice, un compuesto natural que se sabe que desempeña un papel en la determinación de la viscosidad y explosividad del magma; el magma con alto contenido de sílice tiende a ser más viscoso y da como resultado erupciones más explosivas.
Próximos pasos
"Al mejorar nuestra comprensión de los procesos detrás de la actividad volcánica y proporcionar modelos que arrojen luz sobre los factores que controlan las erupciones, nuestro estudio es un paso crucial hacia un mejor seguimiento y previsión de estos poderosos eventos geológicos", Dijo el coautor, el profesor Matt Jackson, catedrático de Dinámica de Fluidos Geológicos en el Departamento de Ingeniería y Ciencias de la Tierra del Imperial College de Londres.
"Nuestro estudio tenía algunas limitaciones: nuestro modelo se centró en cómo fluye hacia arriba el magma, y los yacimientos de origen en nuestro modelo contenían sólo roca fundida y cristales. Sin embargo, hay evidencia de que otros fluidos como el agua y el dióxido de carbono también se encuentran en estos depósitos fuente, y que el magma puede girar y fluir hacia los lados".
Los próximos pasos de los investigadores serán perfeccionar sus modelos, incorporando flujo tridimensional y teniendo en cuenta diferentes composiciones de fluidos. De esta manera, esperan seguir descifrando los procesos de la Tierra responsables de las erupciones volcánicas, ayudándonos a prepararnos mejor para los desastres naturales en el futuro.
Los hallazgos han sido publicados en Science Advances: Source reservoir controls on the size, frequency, and composition of large-scale volcanic eruptions
