Evaluación de los diferentes tipos de erupciones volcánicas y sus efectos ambientales.
Tipos de erupciones volcánicas
¿Qué son las erupciones magmáticas?
Las erupciones magmáticas son un tipo de erupción volcánica causada por la liberación de magma de una cámara de magma. [1] Cuando el magma llega a la superficie, puede fragmentarse explosivamente en una columna de erupción o formar flujos de lava. [1] El magma está compuesto de volátiles disueltos como agua, dióxido de carbono y dióxido de azufre. [1] A medida que se descomprime durante el ascenso, se sobresatura en estos volátiles y comienzan a formarse burbujas de gas. [1] Las burbujas de gas pueden escapar a través de áreas porosas o fracturadas en el magma, lo que resulta en una pérdida parcial de gas. [1] En las erupciones explosivas, las burbujas de gas se rompen repentinamente, liberando el gas que luego se expande rápidamente y hace que el magma se fragmente en gas y fragmentos de magma. [1]
¿Qué son las erupciones freáticas?
Las erupciones freáticas son una forma de actividad volcánica que representa un peligro considerable para la vida humana y puede resultar en una pérdida significativa de vidas [2]. Son causados por el calentamiento del agua subterránea [2], magma que se introduce en sedimentos fluviales y acuíferos [2], lava o flujos piroclásticos que interactúan con el agua superficial [2], explosiones similares a géiseres debido a la despresurización del agua geotérmica subterránea cercana al punto de ebullición [2], y erupciones volcánicas que expulsan sistemas hidrotermales [2]. A pesar de que solo representan el 8% de la actividad volcánica [2], las erupciones freáticas son responsables del 20% de las muertes. Además, pueden inyectar cenizas a grandes altitudes [2], lo que tiene graves impactos en la aviación y la economía.
¿Qué son las erupciones freatomagmáticas?
Las erupciones freatomagmáticas son un tipo de actividad volcánica que ocurre cuando el magma interactúa con el agua [3]. Estas erupciones son causadas por el calentamiento de las aguas subterráneas [3], y pueden resultar en explosiones en los ~200 m superiores [3], así como en los más someros (<100 m) [3]. Las explosiones freatomagmáticas del subsuelo son causadas por la interacción del magma ascendente con el agua subterránea [3], y la mayoría de las explosiones por debajo de ~200 m no entrarán en erupción sino que contribuirán a la formación de diatremas (estructuras de ventilación) [3]. Los maar-diatremas son un tipo de volcán que se forma a partir de erupciones freatomagmáticas y se caracterizan por cráteres, anillos de tefra de bajo perfil y cuerpos de roca rural brechada en forma de embudo [3]. Las erupciones freáticas no solo representan un peligro volcánico considerable [3], sino que también pueden provocar la pérdida de vidas humanas [3].
Características de las erupciones volcánicas.
¿Cuál es el papel del gas en las erupciones magmáticas?
El gas es un componente esencial de las erupciones magmáticas, proporciona la energía para impulsar el proceso de erupción e influye en la evolución de la cámara de magma. [4] El gas a menudo se libera durante una variedad de procesos volcánicos, incluida la erupción efusiva y explosiva, así como la desgasificación continua no eruptiva. [4] Es importante señalar que las emisiones de gases suelen ser mayores que la cantidad de volátiles que se disolvieron en los magmas erupcionados. [4] La cantidad de dióxido de azufre emitido durante una erupción [4] suele ser mayor que la cantidad de azufre que se disolvió en el magma [4], lo que se atribuye a una variedad de factores como el entorno tectónico, el estilo de la erupción y composición del magma. [4] La desgasificación de magma no erupcionado con un volumen mucho mayor que el del magma en erupción también es responsable de grandes eventos de desgasificación. [4] Se proponen tres mecanismos diferentes para explicar los modos de desgasificación, incluida la erupción de magma acumulado en burbujas, la desgasificación de una columna de magma en convección y el transporte de gas permeable desde una cámara de magma profunda. [4] Además, el estilo de emisión de gases y magmas varía según el tipo de erupción. [4] Las erupciones explosivas y efusivas se pueden distinguir según las fuentes de datos de emisión de dióxido de azufre. [4] Por lo tanto, el gas juega un papel fundamental en las erupciones magmáticas.
¿Cómo el sobrecalentamiento del vapor provoca erupciones freáticas?
Las erupciones freáticas, o erupciones hidrotermales, son un cambio de fase violento de líquido a gas causado por el intenso calentamiento de las aguas subterráneas por un material de origen magmático a alta temperatura [5]. El sobrecalentamiento del vapor es un factor clave en la causa de las erupciones freáticas [5], ya que el aumento de temperatura y presión causado por el gas de afloramiento puede provocar erupciones hidrotermales [5]. El taponamiento de los gases solfatáricos también puede provocar un aumento de la presión, creando el escenario ideal para una explosión freática [5]. Además, el sobrecalentamiento del vapor puede causar erupciones freáticas cuando el magma ascendente entra en contacto con grandes cantidades de agua subterránea o de mar [6]. Las erupciones de gas ocurren cuando el fluido impulsor es gas o vapor de agua sobrecalentado a temperaturas iniciales cercanas a las magmáticas [6]. Por lo tanto, está claro que el sobrecalentamiento del vapor es un factor importante en la causa de las erupciones freáticas [2].
¿Cómo la interacción entre el magma y el agua provoca erupciones freatomagmáticas?
Las erupciones freatomagmáticas, o aquellas provocadas por la interacción entre el magma y el agua, son un fenómeno fascinante. La energía de tales erupciones proviene de la fracción de Etot, o energía total, que se convierte en energía cinética durante el proceso de interacción combustible fundido-refrigerante (MFCI). [3] Este proceso implica la mezcla previa de agua líquida en dominios que están aislados del magma circundante por una fina película de vapor. La desestabilización de esta película provoca una rápida transferencia de calor y un tipo de detonación que vaporiza el agua y fragmenta el magma. [3] Además, la energía se libera en el proceso MFCI durante las fases de detonación y expansión, a través de vapor sobrecalentado. [3] Los experimentos han encontrado que las explosiones termohidráulicas solo pueden ocurrir cuando se produce una relación crítica de volumen/interfaz magma-agua de aproximadamente 1 (m2/m3) en un segundo. [7] Esto indica que las interacciones magma-agua son necesarias para las erupciones freatomagmáticas. [7] Esto también se observó en Tepexitl, donde las interacciones explosivas magma-agua (MFCI) fueron un mecanismo impulsor de las primeras erupciones. [7] A pesar de que el proceso MFCI se comprende relativamente bien, todavía existen muchas incertidumbres en torno a su comportamiento en entornos naturales. [3]
Efectos ambientales de las erupciones volcánicas
¿Cómo afectan los gases volcánicos al cambio climático?
Las erupciones volcánicas liberan una variedad de gases y partículas a la atmósfera que tienen el potencial de afectar el cambio climático. El material volcánico, la ceniza y la tefra se inyectan en la estratosfera, lo que puede alterar el equilibrio radiativo y el clima de la Tierra. [8] Las nubes de partículas de aerosol de sulfato de las erupciones tienen impactos significativos tanto en la radiación de onda corta como en la de onda larga. [8] Además, las partículas de aerosol de los volcanes también sirven como superficies para reacciones químicas heterogéneas que pueden destruir el ozono. [8] Pequeñas cantidades de material volcánico pueden durar algunos meses en la estratosfera y tener pequeños impactos climáticos, mientras que las emisiones volcánicas agregan sulfatos a la troposfera, pero su vida útil es mucho más corta que la de los aerosoles estratosféricos. [8] La emisión global de azufre de los volcanes a la troposfera es el 14% de la emisión natural y antropogénica total y tiene una contribución relativa mayor a los efectos radiativos. [8] Las grandes erupciones volcánicas, como la erupción del Monte Pinatubo en Filipinas en 1991, producen breves (2-3 años) pero grandes perturbaciones en el sistema climático, lo que demuestra que los gases volcánicos son una causa natural importante del cambio climático en muchas escalas de tiempo. . [8]
¿Cómo afectan los aerosoles de los volcanes al cambio climático?
Las erupciones volcánicas tienen una influencia innegable en el cambio climático, tanto a corto como a largo plazo. [9] Cuando estas erupciones inyectan partículas y dióxido de azufre (SO2) en la estratosfera, pueden permanecer allí hasta por un año o incluso varios años. [9] Estas partículas de aerosol dispersan y absorben la radiación solar, evitando que caliente la superficie de la Tierra. [9] Este fenómeno puede tener un efecto de enfriamiento en la atmósfera, que luego puede tener un efecto dominó en el cambio climático. [9] Además, el aerosol volcánico en la estratosfera puede causar bloqueo solar y contribuir a las discrepancias entre las proyecciones de temperatura de los modelos del sistema terrestre y las tendencias observadas en el calentamiento. [9] De hecho, los aerosoles volcánicos han aumentado la AOD estratosférica en un promedio del 40 % entre 2006 y 2015, y la AOD estratosférica y el forzamiento radiativo de los volcanes ascienden a 0,008 y -0,2 W/m2 respectivamente. [9] En general, las partículas de aerosol tienen una influencia significativa en el clima de la Tierra [9], y su contribución al cambio climático no puede pasarse por alto.
¿Cómo afecta la ceniza volcánica al cambio climático?
La actividad volcánica puede tener un profundo efecto sobre el cambio climático, tanto a escala regional como mundial. Tradicionalmente se ha considerado que la ceniza volcánica, en particular, tiene un impacto insignificante en comparación con los aerosoles de sulfato volcánico, pero investigaciones recientes sugieren lo contrario. [11] La ceniza, que está compuesta por finas partículas de roca y vidrio, puede removilizarse de sus depósitos y liberarse a la atmósfera, lo que provoca un aumento de los gases y aerosoles atmosféricos. [11] Esto tiene el potencial de modificar el ciclo global del carbono al fertilizar el hierro la superficie del océano, estimular el crecimiento del fitoplancton y activar la 'bomba biológica'. [11] Además, la ceniza volcánica puede reducir la radiación solar y las temperaturas de la superficie, afectando los patrones de circulación global y el sistema climático. [11] También puede influir en el ciclo diurno de la temperatura del aire superficial durante unas pocas semanas. [11] Además, los efectos de las erupciones volcánicas son más pronunciados cuando ocurren en los trópicos debido a la mayor dispersión de aerosoles y los efectos sobre el gradiente de temperatura meridional. [10] Por lo tanto, si se prueba, el impacto de las cenizas volcánicas en el clima podría tener implicaciones significativas para la aviación y la industria agrícola [10], por lo que es un factor importante a considerar en la lucha contra el cambio climático.