Uno de los volcanes más explosivos de la historia de Estados Unidos comenzó su erupción con un goteo, no con una explosión. El magma cargado de gas del Monte Santa Helena rezumaba dentro del cono antes de que la montaña finalmente entrara en erupción en 1980. Se ha observado un comportamiento similar en el volcán Quizapu de Chile y otros con magma espeso aparentemente destinado a explotar.
Este patrón ha confundido a los vulcanólogos durante décadas. Según modelos de larga data, las burbujas de gas deberían formarse sólo cuando el magma ascendente experimenta una caída de presión, muy parecido a descorchar una botella de champán. Más burbujas deberían significar un ascenso más rápido y una mayor probabilidad de que se produzca una explosión. Pero esa explicación nunca explicó completamente por qué el magma rico en volátiles a veces emerge silenciosamente.
En un nuevo estudio publicado en Science, los investigadores han identificado el mecanismo que falta detrás de estas tranquilas erupciones: las fuerzas de corte dentro del conducto volcánico pueden desencadenar burbujas de gas en las profundidades del subsuelo, permitiendo que la presión escape antes de que alcance niveles explosivos.
“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 intriga desde hace mucho tiempo”, afirma Olivier Bachmann, coautor del estudio, en un comunicado de prensa.
Cómo el movimiento del magma provoca una erupción de un volcán
Las burbujas de gas desempeñan un papel importante en el desarrollo de las erupciones, pero la mayoría de los modelos las han considerado como si se formaran principalmente cuando la presión disminuye durante el ascenso del magma. Lo que estos modelos no capturan es cómo se mueve realmente el magma: se ralentiza a lo largo de las paredes de los conductos y se extiende por el centro, creando fuertes fuerzas de corte.
El estudio muestra que la fuerza de corte es común en todos los sistemas volcánicos y podría proporcionar la energía necesaria para desencadenar nuevas burbujas. Esto es importante porque algunos magmas espesos y ricos en gas que deberían ser explosivos ocasionalmente estallan silenciosamente, lo que sugiere que otro proceso dentro del conducto ayuda a que el gas escape antes de que aumente la presión.
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Prueba de cómo las fuerzas de corte cambian el comportamiento del magma
Para imitar las condiciones dentro de un volcán, el equipo trabajó con un líquido parecido a la lava saturado con dióxido de carbono. Cuando pusieron este material en movimiento, los experimentos revelaron exactamente cómo la fuerza de corte podría desencadenar la liberación de gas.
“Nuestros experimentos demostraron que el movimiento en el magma debido a las fuerzas de corte es suficiente para formar burbujas de gas, incluso sin una caída de presión”, afirma Bachmann en el comunicado de prensa. La mayoría de las burbujas se formaron a lo largo de las regiones exteriores del líquido de alto cizallamiento y, a menudo, aparecían cerca de burbujas anteriores. “Cuanto más gas contiene el magma, menos cizallamiento se necesita para la formación y el crecimiento de burbujas”, continuó Bachmann.
Los investigadores también notaron que las burbujas tendían a agruparse y fusionarse, fortaleciendo aún más el efecto. Esto les ayudó a identificar dónde era más probable que ocurriera el crecimiento de burbujas y la coalescencia dentro de un conducto volcánico real, especialmente a lo largo de las paredes, donde la fuerza de corte es más fuerte.
Luego combinaron estos experimentos con simulaciones por computadora de magma rico en volátiles. Las simulaciones mostraron el mismo patrón: una vez que las fuerzas de corte superaron un nivel crítico, pequeños dominios ricos en volátiles se fusionaron rápidamente en nuevas burbujas. Los resultados sugieren que es probable que la formación de burbujas inducida por cizallamiento ocurra en lo profundo de los conductos volcánicos, donde el magma experimenta grandes diferencias de velocidad a medida que asciende.
Cambiando la forma en que modelamos las erupciones
El estudio añade un importante mecanismo faltante en la física de las erupciones, mostrando que las fuerzas de corte pueden desencadenar burbujas en un conducto e influir en si el magma explota o libera gas suavemente. Los autores señalan que este proceso debe incorporarse a futuras evaluaciones de peligros.
“Para predecir mejor el potencial de peligro de los volcanes, necesitamos actualizar nuestros modelos volcánicos y tener en cuenta las fuerzas de corte en los conductos”, dijo Bachmann.
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