Una fuente de lava durante la erupción de Kilauea Iki en 1959. Crédito: USGS
Los científicos que se esfuerzan por comprender cómo y cuándo los volcanes podrían entrar en erupción enfrentan un desafío: muchos de los procesos tienen lugar en las profundidades del subsuelo en tubos de lava que se agitan con la peligrosa Tierra fundida. Tras la erupción, a menudo se destruyen los marcadores subterráneos que podrían haber ofrecido pistas que conduzcan a una explosión.
Pero al aprovechar las observaciones de pequeños cristales del mineral olivino formados durante una violenta erupción que tuvo lugar en Hawai hace más de medio siglo, los investigadores de la Universidad de Stanford han encontrado una forma de probar modelos informáticos del flujo de magma, que dicen podría revelar nuevos conocimientos. sobre erupciones pasadas y posiblemente ayudar a predecir las futuras.
“De hecho, podemos inferir atributos cuantitativos del flujo antes de la erupción a partir de estos datos de cristal y aprender sobre los procesos que llevaron a la erupción sin perforar el volcán”, dijo Jenny Suckale, profesora asistente de geofísica en la Escuela de Energía de la Tierra de Stanford. Y Ciencias Ambientales (Stanford Earth). “Eso para mí es el Santo Grial en vulcanología”.
Los cristales de tamaño milimétrico se descubrieron sepultados en lava después de la erupción del volcán Kilauea en Hawai en 1959. Un análisis de los cristales reveló que estaban orientados en un patrón extraño, pero sorprendentemente consistente, que según la hipótesis de los investigadores de Stanford estaba formado por una onda dentro del magma subsuperficial que afectó la dirección de los cristales en el flujo. Simularon este proceso físico por primera vez en un estudio publicado en Avances científicos hoy (4 de diciembre de 2020).
“Siempre tuve la sospecha de que estos cristales son mucho más interesantes e importantes de lo que les damos crédito”, dijo Suckale, autor principal del estudio.
trabajo de detective
Fue un encuentro casual que llevó a Suckale a actuar sobre su sospecha. Tuvo una idea mientras escuchaba la presentación de un estudiante graduado de Stanford sobre los microplásticos en el océano, donde las olas pueden hacer que las partículas no esféricas asuman un patrón de desorientación constante. Suckale reclutó a la oradora, la entonces estudiante de doctorado Michelle DiBenedetto, para ver si la teoría podía aplicarse a las extrañas orientaciones de los cristales de Kilauea.
“Este es el resultado del trabajo de detective de apreciar el detalle como la pieza de evidencia más importante”, dijo Suckale.
Junto con Zhipeng Qin, un científico investigador en geofísica, el equipo analizó cristales de escoria, una roca oscura y porosa que se forma al enfriar el magma que contiene gases disueltos. Cuando un volcán entra en erupción, el magma líquido, conocido como lava una vez que llega a la superficie, es impactado por la temperatura atmosférica más fría, atrapando rápidamente los cristales y burbujas de olivino naturales. El proceso ocurre tan rápido que los cristales no pueden crecer, capturando efectivamente lo que sucedió durante la erupción.
La nueva simulación se basa en las orientaciones de los cristales de Kilauea Iki, un cráter junto a la caldera de la cumbre principal del volcán Kilauea. Proporciona una línea de base para comprender el flujo del conducto de Kilauea, el pasaje tubular a través del cual el magma caliente subterráneo sube a la superficie de la Tierra. Debido a que la escoria puede volar a varios cientos de pies del volcán, estas muestras son relativamente fáciles de recolectar. “Es emocionante que podamos utilizar estos procesos realmente a pequeña escala para comprender este enorme sistema”, dijo DiBenedetto, el autor principal del estudio, ahora investigador postdoctoral en la Institución Oceanográfica Woods Hole.
Cogiendo una ola
Para permanecer líquido, el material dentro de un volcán debe estar en constante movimiento. El análisis del equipo indica que la extraña alineación de los cristales fue causada por el magma que se movía en dos direcciones a la vez, con un flujo directamente encima del otro, en lugar de fluir a través del conducto en un flujo constante. Los investigadores habían especulado anteriormente que esto podría suceder, pero la falta de acceso directo al conducto fundido impidió evidencia concluyente, según Suckale.
“Estos datos son importantes para avanzar en nuestra investigación futura sobre estos peligros porque si puedo medir la onda, puedo limitar el flujo de magma, y estos cristales me permiten llegar a esa onda”, dijo Suckale.
Monitorear Kilauea desde una perspectiva de peligro es un desafío continuo debido a las erupciones impredecibles del volcán activo. En lugar de filtrar lava continuamente, tiene ráfagas periódicas que resultan en flujos de lava que ponen en peligro a los residentes en el lado sureste de la Isla Grande de Hawai.
El seguimiento de la desorientación de los cristales a lo largo de las diferentes etapas de futuras erupciones del Kilauea podría permitir a los científicos deducir las condiciones del flujo de conductos a lo largo del tiempo, dicen los investigadores.
“Nadie sabe cuándo comenzará el próximo episodio o qué tan malo será, y todo depende de los detalles de la dinámica del conducto”, dijo Suckale.
Referencia: 4 de diciembre de 2020, Avances científicos.
DOI: 10.1126 / sciadv.abd4850
Suckale también es miembro, por cortesía, del Instituto Stanford Woods para el Medio Ambiente, profesor asistente, por cortesía, en Ingeniería Civil y Ambiental y miembro del Instituto de Stanford para Ingeniería Computacional y Matemática (ICME).
