Magma sobrecalentado podría ser la clave de impresionantes fuentes de lava

¿Por qué algunos volcanes expulsan fuentes de lava espectaculares mientras que otros lo hacen de manera más tranquila? Un equipo de investigación internacional liderado por la Universidad de Manchester descubrió que un efecto oculto del calor extremo dentro del magma podría ayudar a explicar estas diferencias. Los experimentos revelaron que el magma sobrecalentado puede retrasar la formación de cristales más de ocho horas, en comparación con solo 20 minutos en magma que no ha sido sobrecalentado.

El fenómeno del sobrecalentamiento ocurre cuando el magma alcanza temperaturas superiores a las que sus cristales normalmente permanecerían estables. Los investigadores encontraron que este calor adicional puede mantener el magma relativamente fluido durante mucho más tiempo de lo esperado, lo que le permite ascender rápidamente y producir fuentes de lava impresionantes.

Este hallazgo, publicado en Nature Communications, ofrece una nueva perspectiva sobre una pregunta de larga data en la volcanología: ¿Cómo influye la historia térmica del magma en la forma en que un volcán erupciona?

Cómo el calor extremo cambia el magma en el interior de los volcanes

El magma es una mezcla de roca fundida, gases y, a veces, cristales sólidos que se encuentra debajo de la superficie terrestre. Una vez que emerge de un volcán, se llama lava. Aunque la temperatura y la composición química son importantes para determinar el comportamiento del magma, la nueva investigación sugiere que el calentamiento que experimenta antes de una erupción también puede marcar una gran diferencia.

Bajo condiciones normales, los cristales comienzan a formarse a medida que el magma se enfría. Este proceso a menudo comienza alrededor de pequeños cristales existentes que actúan como "semillas", proporcionando superficies sobre las cuales pueden crecer más cristales.

El sobrecalentamiento puede interrumpir este proceso de dos maneras importantes. Primero, temperaturas suficientemente altas pueden disolver las semillas de cristal microscópicas que de otro modo fomentarían el desarrollo de nuevos cristales. En segundo lugar, el calor cambia la estructura interna del material fundido, haciéndolo más uniforme y menos favorable para la formación de nuevos cristales.

Estos cambios son significativos porque los cristales afectan la viscosidad del magma, que describe cuán fácilmente fluye una sustancia. A medida que se desarrollan más cristales, el magma generalmente se vuelve más espeso y más resistente al movimiento. Esto puede influir tanto en su velocidad de ascenso como en la forma en que los gases volcánicos atrapados escapan.

La autora principal, la Dra. Barbara Bonechi, Investigadora Asociada en la Universidad de Manchester, explicó: "La historia del crecimiento de cristales y burbujas puede controlar dramáticamente cómo erupciona un magma. Hasta ahora, no comprendíamos completamente la dinámica del crecimiento de cristales para magmas que recibieron una inyección de sobrecalentamiento justo antes de ascender. Pero utilizando nuestro emocionante y recientemente desarrollado recipiente de presión transparente a rayos X combinado con microtomografía de rayos X de sincrotrón, podemos observar estos procesos 'in situ'."

Investigadores descubren un retraso de ocho horas en la formación de cristales

Para investigar qué sucede dentro del magma sobrecalentado, los investigadores recrearon condiciones volcánicas en el laboratorio utilizando material recolectado de la erupción de Tajogaite. El magma involucrado en esa erupción pudo haber experimentado sobrecalentamiento antes de llegar a la superficie y mientras ascendía a través de la corteza terrestre.

El equipo realizó experimentos bajo temperaturas y presiones cuidadosamente controladas diseñadas para reproducir las condiciones que encuentra el magma bajo tierra. En Diamond Light Source, un importante centro de investigación científica, los investigadores utilizaron microtomografía de rayos X de sincrotrón para observar el desarrollo de cristales en tiempo real. Esta técnica de imagen avanzada utiliza rayos X extremadamente potentes para examinar la estructura interna de los materiales en tres dimensiones sin necesidad de abrirlos.

Un recipiente de presión especialmente desarrollado que permite el paso de rayos X hizo posibles estas observaciones mientras el magma estaba sometido a condiciones volcánicas. El equipo también realizó experimentos complementarios en Praga, donde se pudieron examinar muestras durante períodos más largos fuera del conjunto de imágenes en tiempo real. Juntas, estas aproximaciones permitieron a los investigadores observar cómo diferentes condiciones de calentamiento afectaron el momento de la formación de cristales.

Los resultados revelaron una diferencia notable. El magma que no había sido sobrecalentado comenzó a producir cristales después de aproximadamente 20 minutos. Sin embargo, cuando el magma fue sometido a un fuerte sobrecalentamiento, el inicio de la cristalización se retrasó más de ocho horas.

Este retraso sustancial sugiere que el calentamiento intenso puede dejar al magma sin nuevos cristales formándose durante mucho más tiempo de lo que los científicos podrían esperar, con consecuencias potencialmente importantes para las erupciones volcánicas.

Por qué el magma sobrecalentado podría producir fuentes de lava imponentes

Los investigadores exploraron cómo estos hallazgos de laboratorio podrían afectar a los volcanes reales. Incorporaron los retrasos medidos en la formación de cristales en modelos computacionales que simulan cómo el magma asciende a través de la corteza terrestre. Estos modelos tienen en cuenta los cambios en las propiedades del magma a medida que el material fundido se mueve hacia la superficie.

Las simulaciones revelaron dos posibilidades muy diferentes. Cuando el sobrecalentamiento retrasa la cristalización, el magma puede permanecer relativamente fluido mientras asciende. Debido a que encuentra menos resistencia para fluir, puede viajar hacia arriba más rápidamente, creando potencialmente condiciones que favorecen fuentes de lava dramáticas. Estas erupciones espectaculares ocurren cuando los gases volcánicos que escapan impulsan roca fundida por encima de un vent, produciendo chorros y fuentes de lava brillante.

En contraste, el magma que comienza a cristalizar antes se vuelve más viscoso y tiende a ascender más lentamente. Este movimiento más lento da a los gases volcánicos más tiempo para escapar, favoreciendo erupciones más suaves en las que la lava fluye hacia la superficie en lugar de ser lanzada alto en el aire. Este comportamiento se conoce como erupción efusiva, un tipo de actividad volcánica caracterizada principalmente por lava fluyendo.

Los hallazgos sugieren que incluso cuando los sistemas volcánicos tienen características similares, las diferencias en sus historias térmicas anteriores pueden ayudar a explicar por qué sus erupciones se ven y se comportan de manera tan diferente.

Una nueva pista para predecir erupciones volcánicas

Entender lo que le sucede al magma antes de que llegue a la superficie es esencial para evaluar los peligros volcánicos. Los científicos monitorean señales como terremotos, deformación del terreno y emisiones de gases volcánicos para identificar cambios dentro de los volcanes activos. Sin embargo, predecir exactamente cómo se desarrollará una erupción sigue siendo difícil. Dos volcanes con composiciones de magma y condiciones de gas aparentemente similares pueden mostrar comportamientos eruptivos notablemente diferentes.

La nueva investigación sugiere que los efectos del sobrecalentamiento y el momento de la formación de cristales merecen mayor atención en los modelos de pronóstico volcánico. Al tener en cuenta estos procesos previamente subestimados, los investigadores pueden eventualmente interpretar mejor los datos de monitoreo volcánico y evaluar si el magma ascendente tiene más probabilidades de producir fuentes de lava vigorosas o flujos de lava más suaves.

Los resultados no significan que la temperatura del magma por sí sola determine cuán explosiva será una erupción. En cambio, identifican otra pieza importante de los complejos procesos físicos que dan forma a la actividad volcánica. La coautora, la Dra. Margherita Polacci, Profesora Asociada en Volcanología en la Universidad de Manchester, destacó la importancia potencial de los hallazgos para entender los peligros volcánicos: "Los modelos actuales de peligro volcánico suelen centrarse en la química del magma, el contenido de gas y los cambios de presión. Este trabajo sugiere que la historia térmica previa a la erupción y la cinética de cristalización también pueden desempeñar un papel importante en el control del ascenso del magma y el comportamiento eruptivo, con implicaciones para la evaluación del peligro volcánico."

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