La explosividad de una erupción volcánica depende de cuántas burbujas de gas se formen en el magma y cuándo. Hasta ahora, se creía que las burbujas de gas se formaban principalmente cuando la presión ambiental descendía mientras el magma ascendía. Los gases disueltos en el magma en los estratos inferiores, debido a la mayor presión, escapan al bajar la presión y forman burbujas. Cuantas más burbujas haya en el magma, más ligero se vuelve y más rápido asciende. Esto puede provocar que el magma se desgarre, provocando una erupción explosiva.
Este proceso puede compararse con una botella de champán: mientras la botella está cerrada y, por lo tanto, presurizada, el dióxido de carbono permanece disuelto. Al descorchar la botella, la presión disminuye y el dióxido de carbono forma burbujas. Estas burbujas arrastran el líquido hacia arriba y lo hacen salir disparado de la botella.
Sin embargo, esta explicación es incompleta, ya que la lava de algunos volcanes, como el Monte Santa Helena en el estado de Washington, EE. UU., o el volcán chileno Quizapú, a veces ha fluido suavemente a pesar de la presencia de magma altamente explosivo con un alto contenido de gas. Ahora, un equipo internacional de investigación, que incluye a un científico de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH) ha proporcionado una nueva explicación a este enigma, que ha desconcertado a los vulcanólogos durante mucho tiempo.
El cizallamiento como nuevo factor #
En un artículo publicado en la revista Science, los investigadores demuestran que se pueden formar burbujas de gas en el magma ascendente no solo debido a una caída de presión, sino también a fuerzas de cizallamiento. Si estas burbujas de gas crecen en las profundidades del conducto volcánico, pueden combinarse entre sí y, por lo tanto, formar canales de desgasificación. El gas puede entonces escapar en una etapa temprana y el magma fluye con calma.
Podemos imaginar las fuerzas de cizallamiento en el magma -señala un artículo firmado por Christoph Elhardt- como si se revolviera un tarro de miel: la miel se mueve más rápido donde se remueve con la cuchara. En el borde del tarro, donde la fricción es mayor, se mueve más despacio. Un proceso similar ocurre en los conductos volcánicos: el magma se mueve más lentamente en el borde del conducto, donde la fricción es mayor, que en el interior. Esto esencialmente “amasa” la roca fundida, produciendo burbujas de gas.
“Nuestros experimentos demostraron que el movimiento en el magma debido a las fuerzas de cizallamiento es suficiente para formar burbujas de gas, incluso sin una caída de presión”, explicó Olivier Bachmann, profesor de Vulcanología y Petrología Magmática en la ETH de Zúrich y uno de los coautores. Los experimentos de los investigadores muestran que las burbujas se forman principalmente cerca de los bordes del conducto, donde las fuerzas de cizallamiento son más intensas. La presencia de burbujas refuerza aún más este efecto. “Cuanto más gas contiene el magma, menos cizallamiento se necesita para la formación y el crecimiento de las burbujas”, afirmó Bachmann.
¿Por qué los volcanes explosivos a veces no explotan? #
Según los nuevos hallazgos, un magma con bajo contenido de gas, que aparentemente no es explosivo, podría, sin embargo, provocar una potente explosión si debido a un esfuerzo cortante pronunciado se forman muchas burbujas y el magma se dispara rápidamente hacia arriba.
Por el contrario, las fuerzas de cizallamiento también pueden provocar el desarrollo y la combinación de burbujas en una etapa temprana en magma rico en gas y potencialmente explosivo, lo que lleva a la formación de canales de desgasificación en el magma que reducen la presión del gas. “Por lo tanto, podemos explicar por qué algunos magmas viscosos fluyen suavemente en lugar de explotar, a pesar de su alto contenido de gas, un enigma que nos ha estado desconcertando durante mucho tiempo”, dijo Bachmann.
Un ejemplo es la erupción del Monte Santa Helena en 1980. Aunque el magma era rico en gas y, por lo tanto, potencialmente explosivo, la erupción comenzó con el emplazamiento de un flujo de lava muy lento dentro del cono volcánico. Las fuertes fuerzas de cizallamiento que actúan sobre el magma produjeron burbujas de gas adicionales que inicialmente permitieron una liberación de gas. Fue solo cuando un deslizamiento de tierra abrió aún más el respiradero volcánico y hubo una rápida caída de la presión que el volcán explotó. Los resultados del estudio sugieren que muchos volcanes con magma viscoso permiten que los gases escapen de manera más eficiente de lo que se creía anteriormente.
Experimento especial de laboratorio #
Para visualizar los procesos que ocurren dentro de un volcán, los investigadores desarrollaron un experimento especial: tomaron un líquido viscoso parecido a la roca fundida y lo saturaron con gas de dióxido de carbono.
Modelos informáticos #
Los investigadores combinaron estas observaciones con simulaciones por computadora de erupciones volcánicas. De esta manera, demostraron que el efecto es particularmente probable en zonas donde el magma viscoso fluye por las paredes de un conducto y, por lo tanto, experimenta fuertes fuerzas de cizallamiento.
Cita #
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El estudio Shear-induced bubble nucleation in magmas (Nucleación de burbujas inducida por cizallamiento en magmas) fue publicado en la revista Science. Autores: Olivier Roche, Jean-Michel Andanson, Alain Dequidt, Christian Huber, Olivier Bachmann, y David Pinel.
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El artículo Why some volcanoes don’t explode firmado por Christoph Elhardt fue publicado en el sitio web de la ETH Zurich
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