Así generan tsunamis las erupciones volcánicas

Los “flujos piroclásticos” son avalanchas volcánicas compuestas de piezas de lava solidificada y gases calientes. Cuando ingresan al mar, pueden generar tsunamis, llamados “tsunami volcánicos”. Al igual que sus primos provocados por terremotos submarinos, pueden ser especialmente letales en las costas.

Alexis Bougouin, Universidad de Clermont-Auvernia (UCA). Olivier Roche: Investigador en vulcanología, Universidad de Clermont Auvergne (UCA). Rafael París, Doctor en Ciencias de la Tierra, investigador del CNRS, Universidad de Clermont Auvergne (UCA).

Este tipo de tsunami se ha observado recientemente en el Mar Caribe y el Mar Mediterráneo, durante las erupciones de Soufrière de Montserrat en 1997 y 2003 y el volcán Stromboli en 2019. Un ejemplo histórico es la erupción del volcán Krakatau que ocurrió en 1883 causando más de 36.000 muertos. Durante esta erupción, flujos piroclásticos penetraron en el océano Índico provocando el estallido de varios tsunamis en las costas de Indonesia con olas de varias decenas de metros.

El impacto de los tsunamis volcánicos en las costas circundantes no es, por tanto, anecdótico, sobre todo porque los sistemas de prevención se desarrollan generalmente sobre la detección de terremotos submarinos, que representan la principal causa de los tsunamis .

Un volcán junto al mar

Cuando un volcán de este tipo entra en erupción, varios fenómenos pueden conducir a la formación de tsunamis volcánicos : deslizamiento de tierra, explosión submarina, terremoto, colapso de caldera, flujo piroclástico.

Durante las erupciones explosivas, la evacuación del magma se ve dificultada por la alta viscosidad ligada a su alto contenido en sílice. A diferencia de las erupciones efusivas, no observamos flujos de lava, sino “flujos piroclásticos”. También se habla de nubes de fuego que representan un tipo particular de flujo en referencia a la erupción del Monte Pelée en Martinica en 1902 . Los flujos piroclásticos generalmente se forman por el colapso del domo de lava arrojado a la atmósfera. Estas mezclas de gas y tefra a altas temperaturas se propagaron a velocidades de hasta varios cientos de kilómetros por hora, afectando áreas ubicadas a varios kilómetros del centro eruptivo.

Los flujos piroclásticos se diferencian de los deslizamientos de rocas por su alta movilidad, debido a que la ceniza fina atrapa el gas . Por lo tanto, las tefras están parcialmente soportadas por el gas, lo que tiende a reducir la fricción dentro del flujo. Por lo tanto, los flujos piroclásticos pueden llegar fácilmente al mar y generar tsunamis.

¿Qué sucede cuando un flujo piroclástico entra en el agua?

Con el fin de mejorar la comprensión de los tsunamis generados por flujos piroclásticos, hemos desarrollado un dispositivo experimental en nuestro laboratorio: es un canal transparente de 7 metros de largo y 20 centímetros de ancho. Las canicas de vidrio se colocan en un tanque y luego se liberan repentinamente a través de la abertura de una escotilla. Las bolas fluyen sobre una rampa inclinada, que pretende representar un flujo piroclástico que desciende por las laderas de un volcán, antes de entrar al agua.

De hecho, nuestro modelo experimental representa solo la región más baja y densa del flujo piroclástico, que contribuye principalmente a la generación de tsunamis. La nube superior diluida, llamada “onda piroclástica“, tiende a propagarse en la superficie del agua y no está involucrada en el proceso de generación.

La originalidad de nuestro dispositivo radica en el truco que permite “fluidizar” el flujo de bolas. Si las bolas se sueltan en una pendiente relativamente baja, los granos se ralentizan rápidamente y luego dejan de formar una pila de arena. Aquí, el tanque y la rampa inclinada están equipados con placas microporosas que permiten el paso de un flujo de aire controlado. Atravesando el flujo, el aire compensa el peso de las bolas favoreciendo la movilidad de este, como en el caso de los flujos piroclásticos naturales.

Nuestros experimentos sugieren que los flujos piroclásticos son particularmente efectivos para generar tsunamis de gran amplitud con olas que pueden ser ocho veces más grandes que el espesor del flujo. El impacto del flujo con el agua genera primero un chorro de bolas sobre la superficie del agua, seguido de una primera ola de gran amplitud. En algunos casos, se observan ondas de baja amplitud detrás de la primera onda.

Las características de la ola más grande están controladas principalmente por el flujo de masa y el volumen de material que ingresa al agua, mientras que la altura máxima del agua puede ignorarse. Finalmente, una observación sorprendente es la dispersión de canicas en el agua en forma de avalancha submarina.. Estos flujos tienen la particularidad de propagarse a muy largas distancias provocando importantes daños a las infraestructuras marinas.

La importancia del tamaño de la ceniza en la generación de tsunamis

El tamaño de la gota, o “tamaño de la partícula”, también puede desempeñar un papel importante en la amplitud de la onda, ya que controla en parte la capacidad del agua para penetrar a través del flujo. En tamaños muy pequeños, del orden de décimas de milímetro, la amplitud de la onda se vuelve independiente , lo que sugiere que el flujo se comporta como un medio no poroso.

Estos resultados confirman que los flujos piroclásticos generalmente cargados de ceniza fina están predispuestos a generar tsunamis de gran amplitud. Un mejor modelado de los tsunamis volcánicos requiere considerar el tamaño de las partículas de estos flujos volcánicos, ya que esto controla significativamente la penetración de agua dentro del flujo. Este estudio experimental proporciona una mejor comprensión de los tsunamis volcánicos generados por flujos piroclásticos y, por lo tanto, abre nuevas perspectivas en este campo.

Fuente: Theconversation