Tras analizar la lava a escala nanométrica, los científicos estudian la utilización de sus componentes para fabricar materiales ecológicos en la bioconstrucción y otras aplicaciones

Por la propia naturaleza imprevisible de los volcanes y la escasa frecuencia con la que agitan sus entrañas, aún queda mucho por conocer sobre las dinámicas de las erupciones volcánicas para los vulcanólogos, sismólogos y geólogos que se vuelcan en el análisis a pie de campo de estos fenómenos naturales que aportan grandes descubrimientos para la ciencia.

Desde el comienzo de la erupción del volcán de La Palma, el pasado 19 de septiembre de 2021, la cooperación multidisciplinar entre todos los campos científicos involucrados ha dado lugar a una mayor investigación sobre los materiales volcánicos. Al abanico de preguntas a las que tratan de dar respuesta los científicos se sumó recientemente otro evento sísmico que también continúan estudiando, cuando el volcán submarino de Tonga en el Pacífico entró en erupción el pasado enero, generando un meteotsunami que llegó al otro lado del globo terráqueo, hasta las islas Baleares y Pirineos, a través de una onda de presión a escala planetaria que ha sido ilustrada por el New York Times.

Gracias al conocimiento que ofrecen estos eventos, “cuando nuevamente nos tengamos que enfrentar a una crisis sismovolcánica, tendremos estas piezas del puzle, estas claves para tener una visión más general del proceso y anteponernos a lo que pueda ocurrir para minimizar las consecuencias de estas crisis”, afirma Eugenio Fraile, investigador del Instituto Español de Oceanografía.

¿Qué usos tiene la ceniza volcánica?

La importancia del conocimiento que puede aportar una erupción va mucho más allá de entender mejor la dinámica eruptiva y poder prever otras con mayor antelación; también arroja luz sobre el impacto sobre los ecosistemas y la biodiversidad, sobre la agricultura o los depósitos de magma. Sin embargo, además de su impacto, la innovación ocupa un papel especial en estas investigaciones, ya que hace años que los científicos investigan nuevas aplicaciones para los residuos volcánicos, que pueden ser aprovechados como absorbentes de contaminantes, como materiales ignífugos, biomasa y como material de construcción. “No existen residuos, sino materia prima en el lugar equivocado. Ya los romanos usaban las cenizas de las faldas del Vesubio para construir”, afirma el investigador del CSIC José Luis Costa-Krämer.

La ceniza es uno de los grandes enemigos de la agricultura, la calidad del aire y el día a día de los habitantes cercanos a la erupción. Sin embargo, como ya sabían los romanos, este material también puede ser utilizado como materia prima. “No deja de ser una arena”, afirma Luis Gutiérrez, vicedecano del Colegio de Ingenieros de Caminos Canales y Puertos de Tenerife. “Se utiliza en la fabricación del cemento […] para construir posteriormente hormigón. A ese cemento, que se hace con trozos de rocas y minerales en hornos, a los que se añade ceniza volcánica para que tenga más resistencia”.

El experto afirma que también, en Argentina y Chile, países con experiencia volcánica, se han hecho pruebas para fabricar los propios bloques y ladrillos con ceniza volcánica a través de un proceso químico.

Además, los materiales volcánicos son muy ricos en sales y minerales para las cosechas. Tras la erupción del Timanfaya en el siglo XVIII, se descubrió que una fina capa de estos materiales actuaban como fertilizante para los cultivos de la vid.

¿Un nuevo material de bioconstrucción?

En el caso de la lava, la erupción del volcán Cumbre Vieja de la Palma expulsó más de 159 millones de metros de cúbicos de lava, según datos del CSIC. «La cantidad y variedad de datos recogidos nos van a dar la oportunidad de comprender aspectos desconocidos del sistema magmático», afirma Pablo J. González, investigador de volcanología en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de La Laguna, Tenerife.

Gracias al trabajo de meses recogiendo muestras y analizándolas con el objetivo de determinar un nuevo uso de este material, un grupo de investigadores del Instituto de Micro y Nanotecnología (IMN) del CSIC ha realizado un estudio que afirma que la composición química de la lava del volcán “permitirá determinar su potencial de reaprovechamiento en la sociedad, aplicado a la bioconstrucción o la mineralización de suelos”.

A través de una colaboración surgida como consecuencia de los trabajos de robótica submarina en los que participan los investigadores Costa-Krämer y Raquel Álvaro Bruna, han podido analizar la composición química de este residuo.

“Hemos desarrollado un análisis mediante técnicas de microscopía electrónica y difracción de rayos X para obtener la morfología y composición química de la lava, haciendo una diferenciación de elementos y cuantificando su presencia”, afirman.

Lava a escala micro y nanométrica

En el laboratorio han utilizado dos tecnologías punteras: el microscopio electrónico de barrido FEI Verios 460 (SEM), uno de los más potentes de Europa, y el difractómetro de Rayos X de Bruker D8 Discover (XRD). “Con el SEM conseguimos identificar y cuantificar (de mayor a menor presencia) los elementos químicos (átomos de una misma clase) presentes en la lava”, afirman. “En un segundo análisis, trituramos la lava para, mediante difracción de rayos X del polvo, identificar los compuestos químicos presentes”.

Entre los elementos químicos identificados, los resultados confirman que el oxígeno está presente en un 42%, seguido por el silicio y el hierro en un 16% y un 9%, respectivamente. En menor medida también se encuentran presentes el carbono, el calcio y el aluminio (los tres en un 7%), el sodio (5%), magnesio (3%), titanio (2%) y, en último lugar, el potasio (1%).

“En esta ocasión, el análisis de esta roca volcánica ha sido una novedad”, afirman los investigadores, que explican que este microscopio es tan avanzado que permite obtener información morfológica a escala micro y nanométrica sin el recubrimiento de oro que utilizan los microscopios convencionales. “Esto ha permitido eliminar los efectos de carga y observar la lava a escala nanométrica”.

Innovación en sostenibilidad

Con los resultados, los investigadores afirman que el estudio contribuye “al posible reaprovechamiento de material volcánico (lava y ceniza) en aplicaciones reales”. En este caso, los científicos colaboran con una empresa dedicada a la fabricación de materiales ecológicos para la bioconstrucción, Red Verde, y otra enfocada a la reutilización de residuos minerales, forestales y marinos, TheKSFactory.

Pero la innovación no acaba ahí. Según Costa-Krämer, también participan con empresas como Nido Robotics, especializada en drones submarinos fabricados en España, y la empresa Andalú Sea, con la que “localizamos, caracterizamos y reciclamos materiales biológicos para su uso en la construcción u otras aplicaciones, como ya hicimos en el caso del alga roja invasora”.

Sin embargo, las posibles aplicaciones científicas de la lava van más allá: otros centros, como el Instituto Geológico y Minero de España (IGME-CSIC), el Instituto de Geociencias (IGEO-UCM-CSIC) y el Instituto Español de Oceanografía (IEO-CSIC) también están investigando posibles usos de la lava volcánica. Hasta el momento, los resultados obtenidos sobre la lava del volcán de Cumbre Vieja “son complementarios a las técnicas de petrografía que usan los geólogos, poniendo así en valor la nanotecnología como eje transversal útil en todos los campos de la ciencia”, concluyen los autores del estudio.

Fuente: nationalgeographic.es