Investigadores de ETH Zurich hallaron que las burbujas de gas en el magma pueden formarse por fuerzas de corte, no solo por la disminución de presión. Esto explica flujos de lava suaves en volcanes explosivos
La fuerza de una erupción volcánica está estrechamente relacionada con la cantidad de burbujas de gas que se forman en el magma ascendente y el momento de su aparición. Durante años, se creyó que la mayoría de las burbujas se desarrollaban únicamente cuando el magma ascendía y la presión circundante disminuía. En capas más profundas, la alta presión mantiene los gases disueltos en la roca fundida, pero una vez que esa presión disminuye, los gases escapan y crean burbujas. A medida que las burbujas se acumulan, el magma se vuelve más flotante y asciende más rápido, a veces desgarrándose y erupcionando de manera explosiva.
Esta idea se compara a menudo con abrir una botella de champán. Cuando la botella está sellada, el dióxido de carbono permanece mezclado en el líquido debido a la presión. Al quitar el corcho, se reduce esa presión, permitiendo que el gas se separe en burbujas. Estas burbujas ascienden rápidamente, llevando el líquido hacia arriba y produciendo un rocío repentino.
No obstante, esta explicación clásica no abarca ciertos comportamientos volcánicos. Algunos volcanes, como el Monte St. Helens en el estado de Washington y Quizapu en Chile, han liberado ocasionalmente flujos de lava lentos y suaves, incluso cuando su magma era rico en gas y considerado altamente explosivo. Un equipo internacional de investigadores, que incluye a un científico de ETH Zurich, identificó un nuevo factor que ayuda a explicar este enigma.
Las fuerzas de corte como un segundo mecanismo de formación de burbujas
En un reciente artículo publicado en Science, los investigadores informaron que las burbujas de gas también pueden aparecer en el magma ascendente debido a fuerzas de corte, no solo por caídas de presión. Cuando las burbujas se forman en las profundidades de un conducto volcánico y comienzan a crecer, pueden fusionarse en caminos más grandes que actúan como canales de escape. Esta liberación temprana de gas puede permitir que el magma emerja silenciosamente en la superficie.
Para visualizar las fuerzas de corte, se puede imaginar revolviendo un frasco de miel espesa. La miel más cercana a la cuchara se mueve más rápido, mientras que la miel que toca las paredes del frasco se mueve más lentamente debido a la fricción. Algo similar ocurre en un conducto volcánico: el magma cerca de las paredes viaja más lentamente que el magma en el centro. Este movimiento desigual efectivamente amasa la roca fundida y ayuda a generar burbujas.
«Nuestros experimentos mostraron 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», afirmó Olivier Bachmann, profesor de Volcanología y Petrología Magmática en ETH Zurich y uno de los coautores del estudio. Según el equipo, las burbujas se forman más fácilmente cerca de las paredes del conducto, donde la cizalladura es más fuerte. Una vez que se forman algunas burbujas, facilitan la aparición de burbujas adicionales. «Cuanto más gas contiene el magma, menos cizalladura se necesita para la formación y el crecimiento de burbujas», explicó Bachmann.
Por qué algunos volcanes explosivos liberan flujos suaves
Los nuevos hallazgos indican que incluso el magma con relativamente poco gas disuelto puede producir una explosión poderosa si la cizalladura genera una oleada repentina de burbujas que empuja el magma hacia arriba rápidamente.
Por otro lado, la cizalladura también puede crear burbujas temprano en el magma que ya contiene grandes cantidades de gas. Cuando estas burbujas se fusionan en canales más amplios, el gas escapa antes de que la presión pueda acumularse. «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 desconcertado durante mucho tiempo», afirmó Bachmann.
El Monte St. Helens en 1980 ilustra este proceso. Aunque su magma contenía una alta cantidad de gas y era capaz de una gran explosión, la erupción inicialmente produjo un flujo de lava de movimiento lento dentro del cono. La fuerte cizalladura en el magma ascendente generó burbujas adicionales, permitiendo una desgasificación temprana. Solo después de que un deslizamiento de tierra abrió el vent y provocó una rápida caída de presión, el volcán desató su famosa fase explosiva. Estos resultados indican que muchos volcanes con magma viscoso pueden ventilar gas de manera más efectiva de lo que se había asumido anteriormente.
Experimentos de laboratorio revelan cómo la cizalladura crea burbujas
Para explorar cómo se desarrollan estos procesos internos, el equipo de investigación diseñó un montaje de laboratorio utilizando un líquido espeso similar a la roca fundida e infundiéndolo con dióxido de carbono.
Cuando el líquido se puso en movimiento por la cizalladura, las burbujas aparecieron repentinamente una vez que la fuerza superó un umbral específico. Los líquidos con mayor saturación de gas inicial necesitaron incluso menos cizalladura para crear más burbujas. El equipo también observó que las burbujas existentes fomentaban la formación de burbujas adicionales en las cercanías.
Los científicos combinaron estos resultados experimentales con simulaciones por computadora del comportamiento volcánico. Su análisis mostró que este efecto de formación de burbujas es particularmente activo donde el magma viscoso roza contra las paredes del conducto y experimenta una fuerte cizalladura.
Mejorando las predicciones volcánicas con nuevos conocimientos
En conjunto, estos hallazgos proporcionan una nueva perspectiva sobre cómo se comportan internamente los volcanes activos y cómo comienzan las erupciones. «Para predecir mejor el potencial de peligro de los volcanes, necesitamos actualizar nuestros modelos volcánicos y tener en cuenta las fuerzas de cizalladura en los conductos», afirmó Bachmann.
Al incorporar la formación de burbujas impulsada por cizalladura en los modelos de pronóstico, los científicos podrían evaluar los riesgos de erupción con mayor precisión y comprender por qué algunos volcanes erupcionan de manera violenta mientras que otros liberan lava de forma mucho más silenciosa.
Fuente: cadena3.com
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