Dióxido de carbono, no agua, desencadena volcanes basálticos explosivos.

7 de agosto de 2023

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por Cornell University

Los geocientíficos han creído durante mucho tiempo que el agua, junto con el magma poco profundo almacenado en la corteza terrestre, provoca erupciones volcánicas. Ahora, gracias a las herramientas de investigación recién desarrolladas en Cornell, los científicos han descubierto que el dióxido de carbono gaseoso puede desencadenar erupciones explosivas.

Un nuevo modelo sugiere que los volcanes basálticos, que generalmente se encuentran en el interior de las placas tectónicas, son alimentados por un magma profundo dentro del manto, almacenado aproximadamente a 20 a 30 kilómetros debajo de la superficie de la Tierra.

La investigación, que ofrece una imagen más clara de la dinámica interna profunda y la composición de nuestro planeta, con implicaciones para mejorar la planificación de los peligros volcánicos, se publica el 7 de agosto de 2023 en los Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Solíamos pensar que toda la acción ocurría en la corteza", dijo el autor principal Esteban Gazel, Profesor Charles N. Mellowes de Ingeniería en el Departamento de Ciencias de la Tierra y Atmósfericas, en la Escuela de Ingeniería de Cornell. 'Nuestros datos implican que el magma proviene directamente del manto, pasando rápidamente a través de la corteza, impulsado por la exsolución (la fase de separación del gas del líquido) de dióxido de carbono.

'Esto cambia completamente el paradigma de cómo ocurren estas erupciones', dijo Gazel. 'Todos los modelos volcánicos habían sido dominados por el agua como el principal impulsor de las erupciones, pero el agua tiene poco que ver con estos volcanes. Es el dióxido de carbono el que lleva este magma desde las profundidades de la Tierra'.

Hace unos cuatro años, Gazel y Charlotte DeVitre, Ph.D. '22, ahora investigadora postdoctoral en la Universidad de California, Berkeley, desarrollaron un densímetro de dióxido de carbono de alta precisión (que mide la densidad en un recipiente pequeño) para espectroscopía Raman (un dispositivo que examina fotones dispersados a través de un microscopio).

Luego, las muestras naturales: burbujas ricas en dióxido de carbono de tamaño microscópico atrapadas en cristales que emanan de la erupción volcánica, se miden mediante Raman y se cuantifican aplicando el densímetro recientemente desarrollado. En esencia, los científicos están examinando una cápsula de tiempo microscópica para proporcionar una historia del magma. Esta nueva técnica es fundamental para estimaciones precisas casi en tiempo real del almacenamiento de magma, probado durante la erupción de 2021 en Las Palmas, en las Islas Canarias por el grupo de Gazel.

Además, los científicos desarrollaron métodos para evaluar el efecto del calentamiento láser en inclusiones ricas en dióxido de carbono (encontradas envueltas en los cristales) y para evaluar con precisión los volúmenes de inclusión de fundido y burbujas. También desarrollaron un método experimental de recalentamiento para aumentar la precisión y tener en cuenta correctamente el dióxido de carbono atrapado como cristales de carbonato dentro de las burbujas.

"El desarrollo del método y el diseño del instrumento fueron desafiantes, especialmente durante el punto álgido de la pandemia", dijo Gazel.

Utilizando estas nuevas herramientas, los científicos examinaron depósitos volcánicos del volcán Fogo en Cabo Verde, al oeste de Senegal en el Océano Atlántico. Encontraron una alta concentración de volátiles en inclusiones de fundido de tamaño micro que se encuentran dentro de los cristales de silicato de magnesio-hierro. La mayor cantidad de dióxido de carbono encerrado en los cristales sugiere que el magma estaba almacenado a decenas de kilómetros debajo de la superficie, dentro del manto terrestre.

El grupo también descubrió que este proceso está conectado a la fuente profunda del manto que suministra a estos volcanes.

Esto implica que las erupciones como las explosiones volcánicas de Fogo comienzan y son alimentadas desde el manto, evitando eficazmente el almacenamiento en la corteza terrestre y siendo impulsadas por dióxido de carbono profundo, según el artículo.

"Estos magmas tienen viscosidades extremadamente bajas y provienen directamente del manto", dijo DeVitre. "Entonces, aquí, la viscosidad y el agua no pueden desempeñar los roles comunes que desempeñan en sistemas volcánicos más superficiales y/o ricos en sílice. Más bien, en el volcán Fogo, el magma debe ser impulsado rápidamente hacia arriba por el dióxido de carbono y esto probablemente juega un papel significativo en su comportamiento explosivo. Este es un gran avance en nuestra comprensión de los controles de la explosividad basáltica".

Comprender el almacenamiento de magma ayuda a preparar mejor a la sociedad para futuras erupciones, dijo Gazel, quien también es miembro de la facultad en el Cornell Atkinson Center for Sustainability.

'As deep magma storage will not be detected by ground deformation until the melt is close to surface,' he said, 'this has important repercussions to our understanding of volcanic hazards. We need to understand the drivers of these eruptions. The only way to see these processes now is by observing earthquakes, but earthquakes don't tell you exactly what's happening.'

Said Gazel, 'With precise measurements that tell us where eruptions start, where magmas melt and where they are stored—and what triggers the eruption—we can develop a much better plan for future eruptions.'

Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences

Provided by Cornell University