Erupción volcánica

Para el artículo homónimo, véase Erupción .

Imagen satelital del penacho volcánico cubierto de píleo y nubes ardientes de Sarychev en Rusia durante una erupción pliniana .

Una erupción volcánica es un fenómeno geológico caracterizado por la emisión, por parte de un volcán , de lava o tefra acompañada de gases volcánicos . Cuando una erupción volcánica provoca daños materiales y muertes entre la especie humana pero también entre otras especies animales o vegetales , que es la mayoría de los casos para los volcanes terrestres, este fenómeno constituye, a corto o mediano plazo, un desastre natural de alcance local o impacto global y capaz de trastornar los hábitos animales y humanos, la topografía , etc.

Investigaciones recientes muestran que las erupciones volcánicas tienen un impacto significativo en el clima global y deben ser consideradas como fenómenos catalíticos esenciales para explicar los cambios ecológicos y los trastornos históricos en las sociedades humanas ^{[ 1 ]} .

Mecanismos

Existen tres tipos de erupciones por su mecanismo:

• Las erupciones magmáticas se producen por la desgasificación del magma por efecto de la descompresión , lo que produce un descenso de la densidad , que impulsa el magma hacia arriba por efecto del empuje de Arquímedes .
• Las erupciones freatomagmáticas se producen por el enfriamiento repentino del magma por contacto con el agua, lo que produce su desdoblamiento y el aumento explosivo de la superficie de contacto agua-magma.
• Las erupciones freáticas son causadas por la vaporización del agua en contacto con el magma, que expulsa los materiales circundantes, quedando el magma en su lugar.

En las erupciones magmáticas, el proceso dominante durante el ascenso del magma es su desgasificación, debido a la exsolución de los volátiles por descompresión (principalmente agua, y más modestamente el dióxido de carbono menos soluble, estando controlada la cantidad de volátiles por la química de el baño de silicato, su presión y su temperatura). “Esta desgasificación produce diferentes efectos, sobre la viscosidad del líquido de silicato, sobre la partición entre las fases líquida y gaseosa por la nucleación , el crecimiento y posiblemente la coalescencia de burbujas de gas, sobre la proporción de la fase sólida por la cristalización de microlitos ^{[ 2 ]}  ” . La velocidad de ascenso de las burbujas porla flotación es inversamente función de la viscosidad del magma en el que se moverán y es mucho menor que el ascenso del magma ^{[ 3 ]} . Si el ascenso del magma es lo suficientemente lento (del orden de cm/s), estas burbujas tienden a crecer, luego se unen (fenómeno de vesiculación ) ^{[ 4 ]} , lo que promueve la pérdida de volátiles hacia las paredes que encierran el conducto y impide el desarrollo de grandes sobrepresiones gaseosas, permitiendo una erupción de tipo efusivo (el magma llega a la superficie ya desgasificado) ^{[ 5 ]}. Si el ascenso del magma es muy rápido (alrededor de un m/s), las burbujas no tienen el tiempo necesario para coalescer, los volátiles quedan atrapados en el magma y producen una sobrepresión suficiente para provocar la fragmentación del magma en el origen. de una erupción explosiva ^{[ 6 ]} .

Frecuencia y duración

La duración de las erupciones es muy variable ^{[ 7 ]}  : algunas duran algunas horas, como la erupción del Vesubio en el 79  ; de los aproximadamente 1.500 volcanes activos en la Tierra, poco más de la mitad de las erupciones no superan los dos meses de actividad y poco más de un centenar duran más de un año. Según estudios, existen 1,5 millones de volcanes submarinos responsables del 75% del volumen de lava emitido cada año por todos los volcanes ^{[ 8 ]} .

Por lo general, hay de 50 a 70 erupciones terrestres paroxísticas por año, con una duración promedio de 15 días. Puʻu ʻŌʻō , una de las bocas de Kīlauea en Hawai , estalló desde3 de enero de 1983a30 de abril de 2018, o por 35 años ^{[ 9 ]} .

La siguiente tabla muestra las diferentes distribuciones de duración ^{[ 10 ]}  :

Tipos de erupciones volcánicas

Se han propuesto varias categorizaciones de erupciones a lo largo del tiempo. En 1805, George Poulett Scrope distinguió entre erupciones permanentes, intermedias y paroxísticas. En 1891 ^{[ 11 ]} , James Dwight Dana , basándose en estudios de volcanes hawaianos para distinguir entre erupciones explosivas, intermedias y tranquilas ^{[ 12 ]} . Bajo el impulso de los estudios sobre los volcanes italianos de Giuseppe Mercalli en 1907 y el estudio de la erupción del monte Pelée de Alfred Lacroix en 1908, se desarrolló una clasificación más compleja, basada en la geometría de los volcanes (forma del cono volcánico), su comportamiento (explosivo o tranquilo) y los productos que emiten ( nubes ardientes , flujos de lava , bloques , fuentes de lava ), lo que conduce a una clasificación en cuatro tipos, hawaiana, estromboliana, pliniana/vulcaniana, peleana, enriquecida posteriormente por la Tipo islandés y etapa solfatariana ^{[ 13 ]} . Esta clasificación sigue utilizándose en los libros de texto escolares aunque resulta de una mala interpretación de los tipos de explosiones volcánicas ^{[ 14 ]} .

Esta categorización ha evolucionado en varias clasificaciones contemporáneas, como las siguientes:

Estas denominaciones a partir de nombres de volcanes o regiones no deben hacer creer que estos volcanes presentan sistemáticamente erupciones del tipo correspondiente, ni por tanto que un volcán se caracterice por un único tipo de erupción. Simplemente traducen el hecho de que la descripción del modelo se hizo a partir de una erupción de este volcán o de esta región. En realidad, las transformaciones que sufre el magma en la cámara magmática inducen una evolución de las erupciones tanto durante la vida del volcán como durante un ciclo eruptivo . El enfriamiento del magma en el techo de la cámara provoca la cristalización fraccionada de la fase líquida, los primeros cristales que se forman son minerales básicos, más pesados, que se asientan en el fondo de la cámara y dejan un magma enriquecido en sílice en la parte superior , lo que se denomina diferenciación de magma . Así el comienzo de una erupción, particularmente si la anterior es antigua, podría caracterizarse por una lava más viscosa y de un tipo más explosivo que la siguiente. Además, durante largos períodos, el magma tiende a disolver parcialmente las rocas circundantes. Para los volcanes continentales, generalmente son los minerales félsicos de la corteza los que también enriquecerán el magma con sílice. En este caso, cuanto más viejo sea el volcán, más viscosa será su lava y más explosivas sus erupciones. Hay excepciones: si la cámara magmática está en sedimentos calcáreos, como en el caso deVesubio , el magma se volverá cada vez más básico y las erupciones cada vez menos explosivas.

Erupciones efusivas

Las erupciones efusivas se caracterizan por la emisión de un magma relativamente pobre en gas disuelto , que se propaga formando flujos de lava a menudo de gran extensión. Estas erupciones son relativamente tranquilas, sin grandes explosiones. El único peligro de estas erupciones es el avance de los flujos de lava (hasta varias decenas de km/h ): el daño económico puede ser considerable, pero las poblaciones generalmente tienen tiempo para evacuar sus hogares llevándose algunas cosas.

El magma emitido es muy generalmente basáltico , bajo en sílice (SiO ₂) y por lo tanto muy fluido, y los gases disueltos se escapan fácilmente. También hay coladas de lava con una composición más rica en sílice, e incluso coladas de obsidiana .

Los volcanes cuyas erupciones suelen ser efusivas son los de las dorsales oceánicas y los puntos calientes (como los de Hawái , Piton de la Fournaise y el Etna ).

erupción hawaiana

Diagrama de una erupción hawaiana .

La erupción hawaiana se caracteriza por lava muy fluida, basáltica y pobre en sílice , lo que le permite fluir a lo largo de los flancos del volcán a veces a lo largo de decenas de kilómetros. La desgasificación de la lava es muy sencilla y su eyección se puede realizar bien en forma de fuentes de lava de varios cientos de metros de altura y con un caudal regular, bien en forma de lago de lava más o menos temporal que se produce en un cráter .

No muy peligrosas, estas erupciones pueden, sin embargo, causar daños significativos cuando la infraestructura humana se ve afectada por los flujos de lava . El riesgo humano en cambio es casi nulo porque no hay riesgo de explosión y la lava da tiempo para evacuar.

Los volcanes con erupciones de estilo hawaiano son Mauna Kea , Mauna Loa , Piton de la Fournaise , Nyiragongo , Erta Ale ,  etc.

El índice de explosividad volcánica para este tipo de erupción oscila entre 0 y 1.

erupción estromboliana

Esquema de una erupción estromboliana .

Un estilo intermedio entre los tipos hawaiano y vulcaniano , el tipo estromboliano emite lavas moderadamente fluidas como coladas y tefras como bombas volcánicas , escorias ,  etc. proyectada por frecuentes explosiones. Una nube de ceniza puede elevarse unos cientos de metros de altura. La peligrosidad depende de la proximidad de asentamientos humanos.

Los volcanes con erupciones de tipo estromboliano son Stromboli o Etna , aunque este último a veces puede tener erupciones vulcanianas.

El índice de explosividad volcánica para este tipo de erupción oscila entre 1 y 2.

Erupciones Explosivas

Las erupciones explosivas emiten lava andesítica , rica en sílice y por tanto muy viscosa y que libera con dificultad sus gases volcánicos . Estas erupciones no forman flujos de lava, sino que van acompañadas de explosiones que producen grandes cantidades de ceniza que dan lugar a nubes de fuego y penachos volcánicos . Alrededor del 80% de las erupciones volcánicas tienen lugar en este tipo de volcanes ^{[ 16 ]}. Muy peligrosas porque son impredecibles, este tipo de erupciones a veces no dejan tiempo para evacuar a las poblaciones amenazadas por la quema de gases y cenizas. Los volcanes más representativos son los “  volcanes grises  ” del “  cinturón de fuego del Pacífico  ” como el Pinatubo , Krakatoa , Mayon o incluso el Merapi .

erupción vulcaniana

Diagrama de una erupción vulcaniana .

Las lavas fluyen con más dificultad en el tipo vulcaniano porque son más ricas en sílice y su desgasificación es menos fácil. Las fuentes y las proyecciones de lava dan lugar a flujos que descienden a lo largo del volcán y pueden llegar a los edificios que se encuentran debajo.

El riesgo humano es mayor porque pueden producirse proyecciones de piedra pómez , cenizas y bombas que se elevan varios kilómetros de altura. La erupción tipo es la última erupción de Vulcano entre 1888 y 1890 .

El Índice de Explosividad Volcánica para este tipo de erupción oscila entre 2 y 5.

Erupción de Pelean

Diagrama de una erupción de Pelean .

En este tipo de erupción , la lava pastosa apenas fluye y tiende a formar un domo de lava . Este, bajo la presión del magma , puede desintegrarse o explotar, produciendo nubes de fuego y penachos volcánicos . Muy mortal debido a la naturaleza inestable de la erupción y la velocidad de las nubes de fuego, la erupción típica es la del Monte Pelée que causó 28.000 muertos en 1902 en Martinica .

Los volcanes que tienen erupciones de Pelean son Mount Pelée , Soufrière de Montserrat , Soufrière de la Guadeloupe , etc.

El Índice de Explosividad Volcánica para este tipo de erupción oscila entre 1 y 8.

erupción pliniana

Diagrama de una erupción pliniana .

En este tipo de erupción , la lava es extremadamente pastosa porque es muy rica en sílice . Como los gases volcánicos no pueden ser liberados, la presión aumenta en la cámara magmática y se producen explosiones que pulverizan la lava y en ocasiones el volcán, proyectando cenizas a decenas de kilómetros de altura, llegando así a la estratosfera . La pluma volcánica generalmente cae por su propio peso y devasta las laderas del volcán en kilómetros a la redonda. La presencia de agua subterránea.en el camino de la lava aumenta el riesgo explosivo y la peligrosidad de estos volcanes, cuya primera descripción fue la del Vesubio en el 79 por Plinio el Joven y que destruyó Pompeya .

Los volcanes con erupciones plinianas son la mayoría de los que forman el "  Cinturón de Fuego del Pacífico  " como el Merapi , el Krakatoa , el Pinatubo , el Monte Santa Helena o el Monte Agustín .

El Índice de Explosividad Volcánica para este tipo de erupción oscila entre 3 y 8.

Erupciones en presencia de agua.

erupción surtseyan

Diagrama de una erupción de Surtseyan .

Las erupciones de Surtsey son erupciones que involucran grandes cantidades de agua . Suelen ser erupciones submarinas o sublacustres cercanas a la superficie, normalmente a menos de cien metros de profundidad, o subglaciales cuando el calor del magma consigue derretir grandes cantidades de hielo ^{[ 17 ]} .

Los volcanes submarinos o sublacustres que logran llegar a la superficie emergen del agua para formar una isla durante una erupción de Surtseyan. La isla de Surtsey , que dio nombre a este tipo de erupciones, nació así en 1963 .

Durante una erupción de Surtseyan, la superficie del volcán se encuentra a unos pocos metros o unas pocas decenas de metros por debajo de la superficie del agua. La presión del agua ya no es suficiente para evitar que la lava explote al contacto. Luego se producen explosiones “cipresoides”, con forma de cipreses , mezclando lava enfriada y tefra , agua líquida y vapor de agua . Una vez emergida la isla, la erupción se prolonga de forma clásica según el tipo de magma ^{[ 18 ]} .

Si la erupción es subglacial, el agua de deshielo debe quedar atrapada sobre el volcán para provocar una erupción de Surtseyan. El Nevado del Ruiz no provocó una erupción de Surtseyan cuando estalló en 1985 porque el agua del hielo derretido en la cima del volcán rodó por las laderas del volcán formando lahares que destruyeron el pueblo de Armero . Por otro lado, la erupción de Grímsvötn en 1996 bajo Vatnajökull se convirtió en una erupción de Surtseyan porque las aguas derretidas de la capa de hieloformó un lago sobre el volcán. Cuando el magma salió a la superficie, las proyecciones de cipreses rompieron el hielo y el lago se vació como un jökulhlaup .

El índice de explosividad volcánica de este tipo de erupciones oscila entre 2 y 5 pero depende mucho del tipo de magma, si es basáltico o andesítico .

erupción subglacial

Esquema de una erupción subglacial .

explosión submarina

Diagrama de una erupción submarina .

erupción freática

Esquema de una erupción freática .

Erupción freato-magmática

erupción límnica

Erupciones más mortales

Erupción	Volcán	País	Fecha	Número de muertos
Erupción de Samalas en 1257	Samalás	Indonesia	1257	No estimado (pero exterminio del reino de Lombok , así como de parte de las poblaciones de las islas de Bali y Sumbawa , en Europa , agravamiento de la escasez de alimentos en hambrunas altamente mortales) [ 19 ] .
Erupción de Tambora en 1815	Tambora	Indonesia	1815	92,000 [ 20 ]
Erupción del Krakatoa en 1883	Krakatoa	Indonesia	1883	36,417 [ 20 ]
Erupción del Vesubio en el 79	monte Vesubio	Italia	79	> 1.500 cuerpos recuperados, < 33.000 probables habitantes de la región
Erupción del Monte Pelee en 1902	Monte Pelée	Francia ( Martinica )	1902	29,000 [ 20 ]
Erupción del Nevado del Ruiz en 1985	nevado del ruiz	Colombia	1985	25,000 [ 20 ]
Erupción del Monte Unzen en 1792	Monte Unzen	Japón	1792	15,000
Erupción de Kelud en 1586	Kelud	Indonesia	1586	10,000
Erupción de Laki en 1783	Laki	Islandia	1783	9,336 [ 20 ]
Erupción de Santa María en 1902	Santa Maria	Guatemala	1902	6,000 [ 20 ]
Erupción de Kelud en 1919	Kelud	Indonesia	1919	5,115 [ 20 ]

Predicción de la distancia de impacto de las tefras y su velocidad

Durante una erupción volcánica, un volcán arroja lava y tefras . Para estimar dónde caerán estas proyecciones, se pueden usar las siguientes ecuaciones:

Predicción de distancia

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {h} }=V_{\mathrm {i} }\,\Delta t\,\cos \theta }$

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {v} }=V_{\mathrm {i} }\,\Delta t\,\sin \theta +{\frac {1}{2}}g\,(\Delta t)^{2}}$

con :

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {h} }}$ : Distancia horizontal;

${\displaystyle \Delta d_{\mathrm {v} }}$ : distancia vertical;

${\displaystyle V_{\mathrm {i} }}$ : módulo de la velocidad inicial;

${\displaystyle \Delta t}$ : hora ;

${\displaystyle g}$ : aceleración de la gravedad  ;

${\displaystyle \theta }$ : ángulo de la velocidad inicial con la horizontal.

Pronóstico de velocidad

El profesor Lionel Wilson, de la Universidad de Lancaster , utiliza el teorema modificado de Bernoulli para calcular la velocidad de eyección de las proyecciones:

${\displaystyle {\frac {1}{2}}U_{s}^{2}={\frac {P_{i}-P_{s}}{S_{c}}}}$

con :

${\displaystyle U_{s}}$- Velocidad de eyección

${\displaystyle P_{i}}$- Presion del gas

${\displaystyle P_{s}}$- Presión atmosférica

${\displaystyle S_{c}}$- Densidad de magmas

Wilson también usa una segunda ecuación derivada del teorema de Bernoulli, la ecuación del arma, que se usa para calcular la velocidad de los proyectiles rápidos que pasan a través de una abertura estrecha:

${\displaystyle P_{i}={\frac {4mU_{s}^{2}}{27gAb}}}$

con :

${\displaystyle P_{i}}$- Presión inicial

${\displaystyle m}$- Masa del proyectil

${\displaystyle U_{s}}$- Velocidad de eyección

${\displaystyle g}$- Aceleración gravitacional

${\displaystyle A}$- Región donde se aplica la presión

${\displaystyle b}$- Constante de Bernoulli

Notas y referencias

Ver también

Fuentes y bibliografía

• (en) Física de las erupciones en ffden-2.phys.uaf.edu
• Origen de los volcanes en http://ici.radio-canada.ca

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• actividad de un volcán
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