La composición química de los gases emitidos por los volcanes, que se utilizan para monitorear los cambios en la actividad volcánica, puede cambiar según el tamaño de las burbujas de gas que ascienden a la superficie. y relacionarse con la forma en que estallan. Los resultados, publicado en la revista Naturaleza Geociencia , podría utilizarse para mejorar la predicción de las amenazas planteadas por determinados volcanes.

Un equipo de científicos incluyendo un vulcanólogo y matemático de la Universidad de Cambridge, descubrió el fenómeno a través de observaciones detalladas de las emisiones de gas del volcán K? lauea en Hawai.

En muchos volcanes de todo el mundo, Las emisiones de gases se controlan de forma rutinaria para ayudar a pronosticar las erupciones. Los cambios en la producción o las proporciones de diferentes gases, como el dióxido de carbono y el dióxido de azufre, pueden presagiar cambios en la actividad de un volcán. Los vulcanólogos han considerado que estos cambios químicos reflejan el ascenso y la caída del magma en la corteza terrestre, pero la nueva investigación revela que la composición de los gases volcánicos depende también del tamaño de las burbujas de gas que ascienden a la superficie.

Hasta que la última erupción espectacular abrió fisuras en el flanco del volcán, K? Lauea tenía un vasto lago de lava en el cráter de su cumbre. El comportamiento de este lago de lava alternaba entre fases de ardientes 'salpicaduras' impulsadas por grandes burbujas de gas que estallaban a través del magma. y liberación de gas más suave, acompañado del movimiento lento y constante de la lava.

En el pasado, Se han tomado muestras de gases volcánicos directamente de respiraderos de vapor y aberturas llamadas fumarolas. Pero esto no es posible para las emisiones de un lago de lava, 200 metros de ancho, y en el fondo de un cráter empinado. En lugar de, el equipo utilizó un espectrómetro de infrarrojos, que se emplea para el monitoreo rutinario de volcanes por los coautores del estudio, Jeff Sutton y Tamar Elias del Observatorio de Volcanes de Hawai (Servicio Geológico de EE. UU.).

El dispositivo estaba ubicado en el borde del cráter, señaló el lago de lava, y registró las composiciones de gas en la atmósfera cada pocos segundos. Las emisiones de gases que contienen carbono y azufre se midieron durante las fases de actividad vigorosa y suave.

Cada medición individual se utilizó para calcular la temperatura del gas volcánico. Lo que llamó la atención de inmediato a los científicos fue que las temperaturas del gas oscilaban entre los 1150 grados Celsius, la temperatura de la lava, hasta alrededor de 900 grados Celsius. "A esta temperatura, la lava se congelaría, "dijo el autor principal, el Dr. Clive Oppenheimer, del Departamento de Geografía de Cambridge. "En primer lugar, no podíamos entender cómo los gases podían emerger mucho más fríos que la lava fundida chapoteando en el lago ".

La pista de este acertijo provino de la variación en las temperaturas calculadas del gas:eran altas cuando el lago de lava estaba apacible, y bajo cuando burbujeaba furiosamente. "Nos dimos cuenta de que podría deberse al tamaño de las burbujas de gas, "dijo el coautor, el profesor Andy Woods, Director del BP Institute de Cambridge. "Las burbujas más grandes suben más rápido a través del magma y se expanden rápidamente a medida que se reduce la presión, al igual que las burbujas que se elevan en un vaso de bebida gaseosa; el gas se enfría debido a la expansión. "Las burbujas más grandes se forman cuando las burbujas más pequeñas chocan entre sí y se fusionan.

Woods y Oppenheimer desarrollaron un modelo matemático para explicar el proceso, que mostró un muy buen ajuste con las observaciones.

Pero hubo otro hallazgo sorprendente de las observaciones de gas de Hawai. Además de ser más fresco, las emisiones de las grandes burbujas de gas estaban más oxidadas de lo esperado:tenían proporciones más altas de dióxido de carbono que de monóxido de carbono.

El equilibrio químico de los gases volcánicos como el dióxido de carbono y el monóxido de carbono (o el dióxido de azufre y el sulfuro de hidrógeno) generalmente se cree que está controlado por la química del magma líquido circundante, pero lo que mostraron los nuevos hallazgos es que cuando las burbujas crecen lo suficiente, la mayor parte del gas en el interior sigue su propia ruta química a medida que el gas se enfría.

La proporción de dióxido de carbono a monóxido de carbono cuando el lago de lava estaba en su estado más energético era seis veces mayor que durante la fase más estable. Los científicos sugieren que este efecto debe tenerse en cuenta cuando se utilizan mediciones de gas para pronosticar cambios importantes en la actividad volcánica.

"Las mediciones de gas son fundamentales para nuestro monitoreo y evaluación de peligros; perfeccionar nuestra comprensión de cómo se comporta el magma debajo del volcán nos permite interpretar mejor nuestras observaciones, ", dijo la coautora Tamar Elias del Observatorio de Volcanes de Hawái.

Y hay otra implicación de este descubrimiento, no para las erupciones actuales, sino para la evolución de la atmósfera terrestre hace miles de millones de años. "Las emisiones volcánicas en el pasado profundo de la Tierra pueden haber hecho que la atmósfera se oxidara más de lo que pensábamos, ", dijo el coautor Bruno Scaillet." Una atmósfera más rica en oxígeno habría facilitado el surgimiento y la viabilidad de la vida en la tierra, generando una capa de ozono, que protege contra los dañinos rayos ultravioleta del sol ".