El agua que contiene el magma puede ser clave para predecir erupciones

Desde hace tiempo, los geólogos saben que en determinados lugares de la Tierra, las llamadas zonas de subducción donde una placa se hunde bajo otra, se forman volcanes y el agua oceánica que se filtra e incorpora con el magma es clave para las erupciones. Este es el mecanismo principal que alimenta a entre 40 y 50 volcanes de todo el mundo están actualmente en erupción o en estado de reactivación y amenazan la vida de millones de personas. 

Sin embargo, a pesar de los profundos peligros que representan las erupciones volcánicas, la humanidad aún no puede predecirlas de manera fiable y precisa, e incluso cuando los pronósticos son hechos con precisión por expertos, es posible que no brinden suficiente tiempo para que las personas evacuen y hagan preparativos de emergencia.

Ahora, un nuevo estudio dirigido por el vulcanólogo Dan Rasmussen muestra por primera vez pruebas de que el magma con mayor contenido de agua tiende a almacenarse más profundamente en la corteza terrestre y que la formación de burbujas de gas a diferentes profundidades le puede dar un impulso adicional durante las erupciones.

El trabajo, publicado este jueves en la revista Science, encuentra que, para el tipo de volcán más común del mundo, el magma con mayor contenido de agua tiende a almacenarse más profundamente en la corteza terrestre. El hallazgo identifica lo que algunos científicos esperan que sea el factor más importante que controla la profundidad a la que se almacena el magma. Los autores no solo han comprobado que los magmas que contenían más agua tendían a almacenarse más profundamente en la corteza terrestre, sino también que la desgasificación del agua de estos magmas cambia su viscosidad, lo que permite que los magmas ascendentes se detengan en profundidades donde aún flotan. 

Estos resultados sugieren que algunos de los magmas que se acumulan a determinada profundidad todavía tienen la capacidad de flotar y ascender y que no están realmente detenidos. Y si reciben una fuerza que los impulse, podrían desencadenar una erupción volcánica, por lo que confían en que les ayude a pronosticar con mayor precisión las erupciones volcánicas más violentas.

Como una botella de refresco

“Este estudio conecta la profundidad a la que se almacena el magma con el agua, lo cual es significativo porque el agua inicia y alimenta en gran medida las erupciones”, explica Rasmussen, que investiga en el Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian. En sus propias palabras, el agua impulsa las erupciones de manera análoga a como el dióxido de carbono puede hacer explotar una botella de refresco sacudida.

 Con el agua disuelta en el magma, si hay una disminución repentina de la presión, sucede lo mismo que al abrir una botella de refresco agitada

 “Con el agua disuelta en el magma que se almacena debajo de un volcán, si hay una disminución repentina de la presión, como cuando se abre repentinamente la tapa de una botella de refresco agitada, se forman burbujas de gas y eso hace que el magma se eleve y salga disparado del volcán, similar hasta cuando un refresco sale disparado de la tapa de una botella”, detalla Rasmussen. “Más contenido de agua en el magma significa más burbujas de gas y potencialmente una erupción más violenta”.

“Estos resultados nos acercan más a la comprensión de la física y las condiciones del almacenamiento de magma debajo de los volcanes, y ese es un ingrediente esencial para los tipos de modelos detallados basados en la física necesarios para pronosticar erupciones con mayor precisión”, dice Rasmussen.

En busca del olivino

El estudio se completó a través de un nuevo trabajo de campo y análisis de laboratorio, además de un nuevo análisis de los datos existentes recopilados de erupciones volcánicas pasadas rastreadas por el Programa de vulcanismo global del Smithsonian. 

Los investigadores se centraron en un entorno geológico particular al seleccionar volcanes para este estudio: los llamados arcos volcánicos que se producen en la intersección de dos placas tectónicas convergentes. Los arcos volcánicos, como los que se encuentran en las Aleutianas, son el tipo de volcán más numeroso en la Tierra y comprenden la totalidad del infame "Anillo de Fuego" que rodea la Placa del Pacífico, lo que los convierte en el objetivo más obvio para mejorar las capacidades predictivas.

Usando barcos y helicópteros, el equipo recolectó fragmentos de ceniza volcánica de estos ocho volcanes en medio de mares embravecidos y, en la isla de Unimak, la amenaza de osos pardos gigantes. La ceniza volcánica fue el objetivo principal de la expedición porque puede contener cristales verdes hechos de olivino, cada uno con un diámetro de aproximadamente 1 milímetro, aproximadamente el grosor de una tarjeta de identificación de plástico.

Estimaciones para 112 volcanes

Bajo tierra, estos cristales de olivino a veces atrapan pequeños fragmentos de magma cuando se forman, y que denominamos "inclusiones". Después de que una erupción envía estos cristales de olivino especiales a la superficie de la Tierra, el magma dentro de ellos se enfría y se convierte en vidrio. Al analizar la composición química de estas minúsculas piezas de magma enfriado del interior de un volcán, los investigadores pudieron estimar el contenido de agua del magma.

Después de estimar el contenido de agua de las piezas atrapadas de magma recolectadas de seis de los ocho volcanes Aleutianos, el equipo combinó esos datos con otras estimaciones del contenido de agua magmática tomadas de la literatura científica para 56 volcanes adicionales de todo el mundo. La lista final del contenido de agua magmática estimado abarcó 3.856 muestras individuales de 62 volcanes.

Para examinar la relación entre el contenido de agua estimado de estos depósitos de magma y sus respectivas profundidades de almacenamiento, los investigadores recorrieron la literatura científica y crearon una lista adjunta de 331 estimaciones de profundidad para 112 volcanes.

Rasmussen y el equipo de investigación se centraron en erupciones recientes porque los reservorios de magma no parecen moverse mucho después de una erupción, por lo que cualquier estimación de profundidad o contenido de agua que se haya realizado utilizando material de erupción reciente tiene la mayor probabilidad de reflejar con precisión el estado actual de reservorio de magma del volcán.

Después de años de trabajo de campo, análisis geoquímicos y revisión de la literatura, el equipo pudo trazar las profundidades de almacenamiento de magma estimadas para 28 volcanes de todo el mundo frente a sus respectivos contenidos de agua magmática estimados. Los resultados fueron sorprendentemente claros: el contenido de agua de un reservorio de magma estaba fuertemente correlacionado con su profundidad de almacenamiento. En otras palabras, los magmas que contenían más agua tendían a almacenarse más profundamente en la corteza terrestre.

Más agua, más profundidad

En cuanto a cómo el contenido de agua podría determinar la profundidad de almacenamiento del magma, Rasmussen y sus coautores argumentan que tiene que ver con un proceso conocido como desgasificación en el que el agua mezclada con el magma forma burbujas de gas. Cuando el magma que asciende a través de la corteza terrestre comienza a desgasificarse, se vuelve más viscoso, lo que, según sugieren los investigadores, hace que el ascenso del magma se ralentice y se detenga.

La evidencia de que el contenido de agua controla en gran medida la profundidad de almacenamiento del magma anula la explicación más ampliamente aceptada en el campo hoy en día, que sostiene que el magma se eleva a través de las grietas en la corteza terrestre porque la roca fundida es más flotante que la corteza circundante, y se asienta en su profundidad de almacenamiento porque alcanza una flotabilidad neutra donde el magma no es más flotante que su entorno.

Mayor capacidad predictiva

Rasmussen afirma que el próximo paso para esta investigación es ver si estos hallazgos son válidos para volcanes en otros entornos geológicos, como volcanes de punto caliente como las islas de Hawái o volcanes de grietas como los del este de África. Más allá de esta extensión de la investigación, Rasmussen cree que surge una pregunta aún mayor: "Si el contenido de agua del magma controla la profundidad de almacenamiento del magma, ¿qué controla el contenido de agua del magma?".

"Conocer todas las variables que intervienen es fundamental de cara a predecir futuras erupciones”

Para el geólogo y divulgador español Nahúm M. Chazarra, que no ha participado en el estudio, s trata de un trabajo que aporta nuevos datos interesantes para una mayor perspectiva del funcionamiento de los volcanes. “El objeto del estudio es detectar una de las relaciones importantes en el funcionamiento de los sistemas magmáticos: el del contenido en agua y la profundidad que permita introducir este parámetro en los futuros modelos uniendo la profundidad de la acumulación del magma y su contenido en volátiles”, explica a Vozpópuli.

"Conocer todas las variables que intervienen es fundamental de cara a predecir futuras erupciones”, concluye. “Estudios como este nos permiten introducir nuevos detalles en los modelos que nos permitan mejorar nuestra capacidad predictiva” 

Referencia: Magmatic water content controls the pre-eruptive depth of arc magmas (Science)  DOI 10.1126/science.abm5174