Un estudio internacional, realizado por investigadores del IRD (Laboratorio de magmas y volcanes IRD/CNRS/Universidad Blaise Pascal), de la Universidad de Búfalo y del Instituto de Estudios Geológicos de los Estados Unidos arroja una nueva luz sobre la comprensión de los mecanismos físicos responsables de los flujos piroclásticos generados durante las supererupciones volcánicas. Hasta ahora, el modelo de mezcla diluida turbulenta era el único que permitía explicar las considerables distancias de recorrido de estos flujos. Los investigadores revelan por primera vez la existencia de coladas densas generadas por un fuerte flujo eruptivo y una presión de gas intersticial sostenida. Estos resultados, que permiten una mejor evaluación de los peligros volcánicos, fueron publicados el 7 de marzo de 2016 en la revista Nature Communications.
Las supererupciones volcánicas explosivas, cuyo volumen supera los 500 km3 de magma, son fenómenos cataclísmicos poco frecuentes, pero extremadamente devastadores. Generan flujos piroclásticos, mezclas de gases y de fragmentos de roca a altas temperaturas, más densas que la atmósfera, que corren cuesta abajo por la ladera de los volcanes destruyendo todo a su paso. Los depósitos de estos flujos, denominados ignimbritas, pueden cubrir distancias a más de 100 km del centro eruptivo.
Comprender los procesos que entran en juego durante el transporte y el depósito de los flujos piroclásticos es esencial para estimar los peligros naturales asociados a estos fenómenos. Por eso, es un tema que interesa a los vulcanólogos desde hace muchos años.
Dos mecanismos físicos fundamentalmente distintos pueden participar en este fenómeno: un flujo rápido y diluido (que contiene menos de 1 % de partículas en volumen) cuya turbulencia mantiene las partículas en suspensión, o una mezcla con una aproximación a la concentración máxima en partículas y, en cuyo seno, la fricción interna se ve reducida por la presión de gas intersticial. Hasta ahora, solo se había podido demostrar cuantitativamente el modelo de flujo diluido, que requiere velocidades de propagación superiores a 200 m/s.
El objetivo de estas investigaciones es entender el comportamiento de los flujos piroclásticos a partir de un ejemplo característico que permita definir un modelo aplicable a todas las supererupciones que ocurren en el planeta.
En este estudio, los investigadores observaron la ignimbrita de Peach Spring (en Arizona, Estados Unidos), formada por flujos de más de 170 km durante una erupción que tuvo lugar hace 18,8 millones de años y que emitió 1300 km3 de magma, formando un cráter volcánico gigante (conocido como caldera)
La presencia de grandes bloques de roca (> 0,5 - 1 m) en la ignimbrita atrajo particularmente la atención de los investigadores, dado que estos se encontraban inicialmente en el sustrato y fueron arrastrados por los flujos piroclásticos. Un primer análisis les permitió demostrar que bloques de tales dimensiones no habrían podido ser transportados, a velocidades realistas, por flujos diluidos.
Para comprender mejor el funcionamiento de esta fuerza motriz, los investigadores simularon en laboratorio la propagación de un flujo piroclástico sobre un sustrato de partículas. El procedimiento, creado en conjunto con los socios de la Universidad de Chile, consiste en generar, a pequeña escala, un flujo gravitacional formado por una mezcla densa de aire y partículas sólidas. Gracias a estos experimentos, los investigadores lograron demostrar, por primera vez, que un gradiente de presión generado en la base de un flujo puede levantar las partículas del sustrato, que a continuación se incorporan en el mismo y son arrastradas cuesta abajo.
Mediante la aplicación de la ley experimental que establece la relación de la talla de las partículas del sustrato impulsadas con la velocidad del flujo, los autores fueron capaces de calcular la velocidad de los flujos piroclásticos que formaron la ignimbrita de Peach Spring: entre 5 y 20 m/s. Esta velocidad, sobre una distancia de recorrido mínima de 170 km, permitió calcular también la duración de la erupción (entre 2,5 y 10 horas) así como su flujo (107 - 108 m3/s), superior a cualquier cifra conocida hasta entonces.
Combinando los experimentos en laboratorio con los datos obtenidos sobre el terreno, los investigadores llegaron a la conclusión que, durante una supererupción, un fuerte flujo eruptivo que se mantiene durante varias horas, en combinación con una presión de gas intersticial sostenida en los flujos piroclásticos, resulta ser más eficaz para recorrer grandes distancias que una suspensión diluida de alta velocidad.
Esta nueva mirada a los mecanismos de propagación de los flujos piroclásticos invita a reconsiderar las interpretaciones que se han hecho hasta la fecha de un gran número de ignimbritas generadas por supererupciones durante toda la historia de la Tierra. Este estudio abre nuevas perspectivas para una mejor evaluación de los peligros volcánicos, en particular a lo largo de la cordillera de los Andes, que comprende algunos de los volcanes más activos del mundo: Chimborazo, Cotopaxi, Tungurahua (Ecuador), Ubinas, Misti (Perú), Láscar, Villarrica, Calbuco (Chile)…
Prioridad científica del IRD, la gestión de los peligros y riesgos volcánicos ha sido objeto de una cooperación científica de larga trayectoria con los socios de los países del Sur, en los Andes (Chile, Ecuador, Perú) y en los océanos Índico y Pacífico (Indonesia, Vanuatu).
En el año 2015 se creó un consorcio en América Latina que desde entonces se ha convertido en una herramienta de cooperación regional: el proyecto VIMESEA. Coordinado por el IRD y la Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica de Chile (CONICYT) y financiado por la Comisión Europea, este proyecto tiene como objetivo mejorar los conocimientos acerca de los mecanismos de las erupciones volcánicas en los Andes y sus impactos sobre el medioambiente y la sociedad. Varios institutos de investigación europeos (Laboratorio de magmas y volcanes del CNRS, de la Universidad Blaise Pascal y del IRD, Universidad de Bristol, Universidad de Múnich, Instituto de Vulcanología de Pisa) y sudamericanos (Universidad de Chile, Instituto Geológico, Minero y Metalúrgico de Perú, Instituto Geofísico de Ecuador) participan en este proyecto.