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Hay alrededor de 1.500 volcanes potencialmente activos en todo el mundo y cada a??o ocurren alrededor de 50 erupciones. Pero a??n es dif??cil predecir cu??ndo y c??mo ocurrir??n estas erupciones o c??mo se desarrollar??n. Ahora, una nueva visi??n de los procesos f??sicos dentro de los volcanes est?? brindando a los cient??ficos una mejor comprensi??n de su comportamiento, lo que podr??a ayudar a proteger a los mil millones de personas que viven cerca de los volcanes.
Los volcanes que construyen c??pulas, que est??n frecuentemente activos, se encuentran entre los tipos de volcanes m??s peligrosos, ya que son conocidos por su actividad explosiva. Este tipo de volc??n a menudo entra en erupci??n primero produciendo silenciosamente una extrusi??n en forma de c??pula de lava espesa en su cima que es demasiado viscosa para fluir. Cuando finalmente se desestabiliza, se rompe y produce corrientes r??pidas de gas caliente, trozos de lava solidificada y ceniza volc??nica, llamadas nubes pirocl??sticas, que fluyen por los lados del volc??n a la velocidad de un tren r??pido. “Los peligros asociados con ellos pueden ser muy espont??neos y dif??ciles de predecir”, dijo el profesor Thomas Walter, profesor de vulcanolog??a y peligros geol??gicos en la Universidad de Potsdam en Alemania. “Por eso es tan importante comprender este fen??meno de los domos de lava”.
Se sabe poco sobre el comportamiento de los domos de lava, en parte porque no hay muchos datos disponibles. El profesor Walter y sus colegas quieren comprender mejor c??mo se forman, si pueden variar significativamente en forma y c??mo es su estructura interna. Durante los ??ltimos cinco a??os, a trav??s de un proyecto llamado VOLCAPSE, han estado utilizando t??cnicas innovadoras para monitorear los domos de lava utilizando datos de radar de alta resoluci??n capturados por sat??lites, as?? como vistas de cerca de c??maras instaladas cerca de volcanes. “P??xel a p??xel, pudimos determinar c??mo cambi?? la forma, morfolog??a y estructura de estos domos de lava”, dijo el profesor Walter. “Comparamos (las im??genes de la c??mara web) con las observaciones de radar por sat??lite”.
Lapso de tiempo
El proyecto se centr?? en algunos volcanes de construcci??n de c??pulas como Colima en M??xico, Monte Merapi en Indonesia, Bezymianny en Rusia y Monte Lascar y Lastarria en Chile. En parte, implic?? visitarlos e instalar instrumentos como c??maras de lapso de tiempo alimentadas por paneles solares que se pod??an controlar de forma remota. Si se comenzara a formar una c??pula de lava, por ejemplo, el equipo podr??a modificar la configuraci??n para capturar im??genes de mayor resoluci??n con m??s frecuencia. Debido a las grandes altitudes y las duras condiciones clim??ticas, configurar las c??maras fue m??s desafiante de lo esperado. “Fue una curva de aprendizaje aguda, pero tambi??n de prueba y error, porque nadie pod??a decirnos qu?? esperar en estos volcanes, ya que nunca se hab??a hecho antes”, dijo el profesor Walter.
Durante sus visitas, el equipo tambi??n utiliz?? drones. Estos volar??an sobre un domo de lava y capturar??an im??genes de alta resoluci??n desde diferentes perspectivas, que podr??an usarse para crear modelos 3D detallados. Los sensores de temperatura y gas de los drones proporcionaron informaci??n adicional. El profesor Walter y sus colegas utilizaron los datos para crear simulaciones por computadora, como c??mo el crecimiento de los domos de lava cambia de una erupci??n a otra. Descubrieron que las nuevas c??pulas de lava no siempre se forman en el mismo lugar: una c??pula de lava puede formarse en la cima de un volc??n durante una erupci??n, mientras que la pr??xima vez se acumula en uno de sus flancos. El equipo estaba desconcertado, ya que un conducto dentro de un volc??n trae magma a la superficie durante una erupci??n, lo que significar??a que cambia su orientaci??n entre una erupci??n y la siguiente. “Eso fue muy sorprendente para nosotros”, dijo el profesor Walter.
Campo de estr??s
Pudieron explicar c??mo sucede esto al examinar la distribuci??n de las fuerzas internas, o el campo de tensi??n, en un volc??n. Cuando se expulsa magma durante una erupci??n, cambia la forma en que se distribuyen las fuerzas en el interior y provoca una reorientaci??n del conducto. El equipo tambi??n descubri?? que hab??a un patr??n sistem??tico sobre c??mo cambiaba el campo de estr??s, lo que significa que al estudiar la posici??n de los domos de lava, pod??an estimar d??nde se hab??an formado en el pasado y d??nde aparecer??an en el futuro. Esto podr??a ayudar a determinar qu?? ??reas cercanas a un volc??n probablemente se ver??n m??s afectadas por las erupciones que est??n por venir.
“Este es un resultado muy bueno para la investigaci??n predictiva si desea comprender de d??nde saldr?? (o colapsar??) el domo de lava en el futuro”, coment??.
Saber de d??nde har?? erupci??n un volc??n es una cosa, pero saber cu??ndo lo har?? es otra cuesti??n y los factores f??sicos que gobiernan esto tampoco se comprenden bien. Aunque existe una relaci??n entre la frecuencia con la que ocurren las erupciones y su tama??o, con grandes erupciones que ocurren muy raramente en comparaci??n con las m??s peque??as, la falta de datos confiables dificulta el examen de los procesos que controlan la frecuencia y magnitud de las erupciones. “Cuando se remonta al registro geol??gico, (los rastros de) muchas erupciones desaparecen debido a la erosi??n”, dijo el profesor Luca Caricchi, profesor de petrolog??a y vulcanolog??a en la Universidad de Ginebra en Suiza.
Adem??s, no es posible acceder a estos procesos directamente ya que ocurren en las profundidades de un volc??n, a profundidades de 5 a 60 kil??metros. Medir la qu??mica y las texturas del magma expulsado durante una erupci??n puede proporcionar algunas pistas sobre los procesos internos que llevaron al evento. Y las c??maras de magma a veces se pueden investigar cuando surgen en la superficie de la Tierra debido a procesos tect??nicos. Sin embargo, extraer informaci??n de per??odos de tiempo espec??ficos sigue siendo dif??cil, ya que la “imagen” que obtiene es como una pel??cula en la que todos los fotogramas se contraen en una sola toma. “Es complicado recuperar la evoluci??n en el tiempo, lo que realmente sucedi?? durante la pel??cula”, dijo el profesor Caricchi.
El profesor Caricchi y sus colegas est??n utilizando un enfoque novedoso para pronosticar la tasa de recurrencia de erupciones. Las predicciones anteriores se basaban t??picamente en an??lisis estad??sticos de los registros geol??gicos de un volc??n. Pero a trav??s de un proyecto llamado FEVER, el equipo tiene como objetivo combinar este m??todo con el modelado f??sico de los procesos responsables de la frecuencia y el tama??o de las erupciones. Se ha utilizado un enfoque similar para estimar cu??ndo volver??n a ocurrir terremotos e inundaciones.
El uso de modelos f??sicos deber??a ser especialmente ??til para hacer predicciones de volcanes donde hay pocos datos disponibles. “Para extrapolar nuestros hallazgos de un lugar donde sabemos mucho, como en Jap??n, se necesita un modelo f??sico que le diga por qu?? cambia la relaci??n frecuencia-magnitud”, dijo el profesor Caricchi. Para crear su modelo, el equipo incorpor?? variables que afectan la presi??n en el dep??sito de magma o la tasa de acumulaci??n de magma en la profundidad debajo del volc??n. La viscosidad de la corteza debajo del volc??n y el tama??o del dep??sito de magma, por ejemplo, juegan un papel clave. Han realizado m??s de un mill??n de simulaciones utilizando todas las posibles combinaciones de valores que pueden ocurrir. La relaci??n entre la frecuencia y la magnitud que obtuvieron de su modelo fue similar a lo que se estim?? utilizando registros volc??nicos, por lo que creen que pudieron capturar los procesos fundamentales involucrados.
“Es una especie de lucha entre la cantidad de magma y las propiedades de la corteza”, aclara Caricchi. “Son los dos grandes jugadores que luchan entre s?? para finalmente llevar a esta relaci??n”.
Placas tect??nicas
Sin embargo, el equipo tambi??n encontr?? que la relaci??n entre el tama??o y la frecuencia de los cambios en los volcanes de diferentes regiones. El profesor Caricchi cree que esto se debe a las diferencias en la geometr??a de las placas tect??nicas en cada ??rea. “Podemos ver que la velocidad a la que una placa se subduce debajo de otra, y tambi??n el ??ngulo de subducci??n, parecen jugar un papel importante en la definici??n de la frecuencia y magnitud de una erupci??n resultante”, dijo. El equipo ahora est?? comenzando a incorporar esta nueva informaci??n en su modelo.
Ser capaz de predecir la frecuencia y magnitud de futuras erupciones utilizando un modelo podr??a ayudar a evaluar mejor los peligros. En Jap??n, por ejemplo, uno de los pa??ses con los volcanes m??s activos, conocer la probabilidad de futuras erupciones de varios tama??os es importante a la hora de decidir d??nde construir infraestructura como plantas de energ??a nuclear.
Tambi??n es invaluable en ??reas densamente pobladas, como en la Ciudad de M??xico, que est?? rodeada de volcanes activos, incluido el Nevado de Toluca. El profesor Caricchi y sus colegas estudiaron este volc??n, que no ha entrado en erupci??n durante unos 3.000 a??os. Descubrieron que una vez que se reinicia la actividad magm??tica, pasar??an unos 10 a??os antes de que pudiera ocurrir una gran erupci??n. Este conocimiento evitar??a la evacuaci??n de la Ciudad de M??xico si se detectan signos iniciales de actividad. “Una vez que se reinicia la actividad, sabes que tienes diez a??os para seguir la evoluci??n de la situaci??n”, dijo el profesor Caricchi.
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