Los cambios en la temperatura del magma provocan diferencias en las explosiones volcánicas

¿Por qué algunos volcanes de aspecto similar presentan comportamientos eruptivos muy diferentes? La respuesta podría residir en los procesos térmicos del magma, según una nueva investigación liderada por la Universidad de Manchester.

Los hallazgos ayudan a resolver un debate de larga data sobre cómo la historia térmica del magma afecta la cristalización antes y durante las erupciones.

Formación de cristales retardada

Tras estudiar el magma de la erupción de Tajogaite de 2021 en La Palma, España, los investigadores descubrieron que el “sobrecalentamiento” puede retrasar considerablemente la formación de cristales a medida que el magma asciende hacia la superficie terrestre.

Durante el sobrecalentamiento, el magma se calienta por encima de la temperatura a la que los cristales son estables. El estudio muestra que las altas temperaturas pueden disolver pequeños núcleos de cristal preexistentes que normalmente ayudan a que los cristales comiencen a formarse.

El sobrecalentamiento también altera la estructura interna del magma. Este se vuelve más uniforme y menos propenso a la nucleación, es decir, al crecimiento de nuevos cristales. Esto influye en la velocidad de ascenso del magma y en la facilidad con la que escapan los gases volcánicos; ambos factores son cruciales para determinar la intensidad de la erupción.

“Hasta ahora, no comprendíamos del todo la dinámica del crecimiento de cristales en magmas que recibieron una inyección de calor extremo justo antes de ascender. Pero gracias a nuestro innovador recipiente a presión transparente a los rayos X, de reciente desarrollo, combinado con la microtomografía de rayos X de sincrotrón, podemos observar estos procesos in situ.”

Condiciones volcánicas basadas en el laboratorio

En el laboratorio, los investigadores recrearon condiciones volcánicas utilizando magma de la erupción de Tajogaite; este magma pudo haber experimentado cierto sobrecalentamiento antes de la erupción y durante su ascenso.

En Diamond Light Source, pudieron observar la cristalización en tiempo real mediante microtomografía de rayos X de sincrotrón. Combinando estos datos con los obtenidos en experimentos ex situ en Praga, que permitieron tiempos de observación más prolongados, el equipo rastreó los procesos de cristalización en condiciones controladas de alta temperatura y presión.

Los experimentos revelaron que el magma, que no había sido sometido a un sobrecalentamiento, comenzaba a cristalizarse en aproximadamente 20 minutos. El magma que sí había sido sobrecalentado no comenzaba a cristalizarse hasta pasadas más de ocho horas.

Los investigadores incluyeron los retrasos en la nucleación medidos experimentalmente en modelos numéricos del ascenso del magma; estas simulaciones predicen cómo se mueve y evoluciona el magma a medida que viaja a través de la corteza terrestre.

Las pausas prolongadas en la cristalización permiten que el magma ascienda rápidamente sin dejar de ser relativamente fluido, lo que puede propiciar la formación de fuentes de lava espectaculares.

En comparación, el magma que cristaliza antes es más viscoso y asciende más lentamente, lo que permite que los gases escapen durante más tiempo, dando lugar a efusiones más suaves.

“Los modelos actuales de riesgo volcánico suelen centrarse en la química del magma, el contenido de gases y los cambios de presión”, afirma la Dra. Margherita Polacci, profesora titular de Vulcanología en Manchester.

“Este trabajo sugiere que la historia térmica preeruptiva 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 riesgo volcánico.”