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Dentro de la predicción de los científicos sobre la erupción en Islandia que salvará vidas | Revista Quanta

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Introducción

En noviembre 10, 2023, Kristin Jónsdóttir, jefe del departamento de investigación volcánica de la Oficina Meteorológica de Islandia, estaba teniendo un raro día libre. “Era mi 50 cumpleaños”, dijo. Entonces todo empezó a temblar. Pasaba el día mirando su teléfono, observando los terremotos que aparecían en los mapas de la península de Reykjanes en Islandia.

La península sufre erupciones de fisuras, donde el suelo se abre y sale lava. Desde finales de octubre, la atención se ha centrado en la región de Svartsengi de la península, hogar del popular balneario Blue Lagoon, una planta de energía geotérmica y la ciudad costera de Grindavík. Las últimas tres erupciones de fisuras de la península habían inundado de fuego valles aislados. Ahora, sin embargo, la ciudad estaba amenazada.

La vorágine de temblores del 10 de noviembre reveló que un río magmático enterrado se había abierto camino hacia Grindavík y sus 3,600 habitantes. Más preocupante aún, un dique (un cuerpo de magma vertical similar a una cortina de fuego líquido) había surgido de ese río subterráneo, deteniéndose apenas por debajo de la superficie.

Rápidamente, las autoridades evacuaron el pueblo. Y luego todos esperaron.

El 18 de diciembre, una fisura volcánica abrió el suelo al noreste de la ciudad y pintó el suelo invernal con roca fundida. La intensa erupción duró unos días y se quedó fuera de Grindavík.

Luego, a las 3 de la madrugada del 14 de enero, los pocos residentes que habían regresado a sus hogares fueron despertados por bocinas y mensajes de texto que les decían que huyeran. Otra erupción había invadido la ciudad. Cuando terminó, aproximadamente 60 horas después, varias casas habían sido sumergidas, pero nadie había muerto.

Los residentes de Grindavík deben sus vidas a las autoridades locales proactivas, a los gestores de emergencias y al estudio del interior de la Tierra. Los científicos habían estado siguiendo el movimiento del magma decodificando ondas sísmicas y distorsiones en la corteza del planeta. Al mapear las tuberías volcánicas de la península, están logrando una mejor comprensión de cómo funciona el vulcanismo en general, al mismo tiempo que buscan proporcionar pronósticos locales aún más precisos en el futuro.

Introducción

El trabajo está en curso; Esta crisis volcánica está lejos de terminar. Una península que no había visto una erupción durante 800 años ahora ha despertado, y la evidencia geológica sugiere que las erupciones podrían continuar durante años, décadas o incluso siglos.

"Sólo hemos visto salir una fracción de la lava", dijo Jónsdóttir. "La naturaleza es sombría".

El poder de la geofísica

Erupciones de fisuras, que también ocurren en otras partes de Islandia, así como en Hawai'i y (hace varios milenios) Idaho, Nuevo México y California son difíciles de pronosticar. A diferencia de las clásicas erupciones volcánicas que presentan un relieve montañoso, es difícil predecir exactamente dónde se materializarán las fisuras.

El vulcanismo de fisura de la península de Reykjanes es especialmente peculiar. Antiguos flujos de lava, ahora congelados en su lugar, revelan que las erupciones han afligido a la región durante muchos años seguidos, pero que en ambos lados de estos episodios, la actividad volcánica estuvo ausente durante siglos. El último período de erupciones terminó en 1240, y eso fue el tercero de su tipo en la península durante los últimos 4,000 años, con cada grupo separado por aproximadamente ocho siglos. Pero ¿por qué existe esta periodicidad de aproximadamente 800 años? "Aún no lo sabemos, para ser honesto", dijo Alberto Caracciolo, geólogo de la Universidad de Islandia.

Que haya vulcanismo en absoluto no es sorprendente. La península se asienta sobre una columna de manto: una fuente de calor elevándose desde el límite entre el núcleo y el manto de la Tierra. Y se extiende a ambos lados de la Cordillera del Atlántico Medio, una sutura propensa a erupciones entre las placas euroasiática y norteamericana. La inquietud tectónica de Reykjanes ha convertido la zona en una de las regiones volcánicas más analizadas del mundo.

Entonces, en 2020, cuando decenas de miles de terremotos comenzaron a sacudir la península y el suelo comenzó a hincharse, los científicos sospecharon que la conmoción podría ser el preludio de una actuación volcánica que llevaba ocho siglos en desarrollo. Sólo tenían que averiguar dónde. 

Magma de caza

Cuando el magma rompe rocas en lo profundo de la corteza terrestre, crea terremotos con firmas distintas. Estas ondas sísmicas y sus propiedades proporcionan a los científicos las pistas más inmediatas (y menos ambiguas) sobre la presencia y migración del magma. Durante una crisis volcánica, “si solo pudieras tener una cosa”, dijo sam mitchell, vulcanólogo de la Universidad de Bristol, “sería eso”.

El magma en movimiento, si es lo suficientemente superficial, también deforma notablemente el suelo. Los satélites utilizan el radar para identificar cambios de elevación en el transcurso de horas, días o semanas. Las estaciones GPS terrestres también proporcionan información de alta resolución y en tiempo real sobre los cambios de elevación.

Jónsdóttir sospecha que la cacofonía de terremotos que comenzó en 2020 se debió tanto a la migración magmática como al movimiento de placas tectónicas. En Islandia, las placas euroasiática y norteamericana no se están separando claramente, sino que se rozan entre sí a medida que se desplazan. Entre ciclos eruptivos, se acumula mucha tensión tectónica. Luego, cuando el magma se abre paso hacia las grietas subterráneas a lo largo de este límite, desencadena la liberación de esa tensión en forma de terremotos potentes y frecuentes.

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Sin embargo, a principios de 2021, esta máquina magmática cambió de marcha. Tanto los cambios de elevación como la conmoción sísmica sugirieron que el magma se estaba acumulando debajo de Fagradalsfjall, un pequeño montículo volcánico junto a un valle deshabitado. Durante muchos meses, se habían producido terremotos de larga duración dentro de la corteza profunda de la península. Este tipo de terremotos “se han visto debajo otros volcanes en todo el mundo y todavía no se comprenden del todo”, dijo Tom Winder, sismólogo volcánico de la Universidad de Islandia. Aunque enigmáticos, sugieren que algo lento está sucediendo: tal vez la fragmentación gradual de roca caliente, o burbujas de magma apretándose a través de una constricción.

Luego, el 19 de marzo de 2021, la península entró en erupción por primera vez en ocho siglos. Durante seis meses, materia fundida manó de una fisura junto a Fagradalsfjall. Siguieron dos erupciones más cortas, en los veranos de 2022 y 2023.

Aparte de esos temblores de período largo parecidos a graves, la sinfonía sísmica general que precedió a los tres estallidos de Fagradalsfjall sugirió que el magma estaba tomando una ruta inusual hacia la superficie. En lugar de acumularse en la corteza poco profunda, la roca fundida parecía estar disparada directamente hacia la superficie desde una gran profundidad: el límite entre la corteza y el manto subyacente, parecido a una masilla. "Es bastante inaudito", dijo Winder.

En comparación con muchos sistemas volcánicos islandeses, Fagradalsfjall actuaba de manera extraña, pero al menos ocurría lejos de nada ni de nadie.

No fue hasta octubre de 2023 que la curiosidad de los científicos se convirtió en ansiedad cuando la actividad se desplazó a la región de Svartsengi, al sur, repleta de infraestructuras.

La batalla de Grindavík

El suelo en la región de Svartsengi había aumentado y luego dejado de aumentar varias veces desde 2020, lo que implica que el magma llegaba a intervalos irregulares, aunque sin entrar en erupción. Pero hacia finales de 2023, el ritmo del movimiento se disparó. Magma estaba entrando en la región más rápido que nunca. A mediados de noviembre, un alféizar (un cuerpo horizontal de magma) de proporciones elefantinas se encontraba a pocos kilómetros por debajo de Svartsengi. “Todo el mundo estaba alerta y realmente no sabíamos qué pasaría después”, dijo Jónsdóttir. No estaba claro dónde ni cuándo podría tener lugar una erupción.

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Los terremotos que sacudieron la región en noviembre ayudaron a señalar el camino. Inicialmente, su gran número sobrecargó las capacidades de monitoreo sísmico de la Oficina Meteorológica de Islandia, pero el personal rápidamente logró encontrar el coro en el caos y descifrar su letra: Los terremotos que rompían rocas significaban que algo de magma había abandonado el alféizar y se había movido hacia los lados. Y los satélites de vigilancia terrestre confirmaron lo que sugería la sismicidad: el suelo sobre el alféizar de Svartsengi se había desplomado a medida que se drenaba el magma.

Era fácil ver adónde se había ido ese magma. El suelo alrededor de Grindavík se estaba hundiendo. Para un vulcanólogo que leyera la tierra, ese patrón revelaba no una ausencia de magma, sino una incursión del mismo. El magma que salió del alféizar se había movido hacia un lado antes de subir directamente debajo de Grindavík. A medida que ascendía, este zarcillo vertical de magma empujó las paredes de roca hacia los lados para apartarlos del camino. Eso, a su vez, provocó que la tierra sobre el zarcillo se hundiera en el vacío recién creado. Más tarde, los científicos informaría que en un momento durante el terremoto del 10 de noviembre, unos 7,400 metros cúbicos de magma surgían del alféizar hacia el zarcillo cada segundo.

También se detectaron signos de este movimiento subterráneo en el interior de los pozos de la central geotérmica. Los gases volcánicos, como el dióxido de azufre, escapar del magma a poca profundidad y puede indicar una erupción inminente. Los científicos vieron ese gas y un cambio en la presión dentro de los pozos, otra indicación de que el magma se estaba moviendo hacia la ciudad.

Un colosal zarcillo de magma, conocido como dique, había brotado debajo de Grindavík, con una cresta a sólo 800 metros por debajo de sus calles.

A las pocas horas del terremoto del 10 de noviembre, los científicos identificaron una sección de tierra de 10 millas de largo donde parecía muy probable que se produjera una erupción. Atravesó Grindavík desde una serie de antiguos cráteres volcánicos al noreste de la ciudad hacia el suroeste. A medianoche, la Protección Civil de Islandia había evacuado la ciudad y los trabajadores de la construcción construyeron apresuradamente muros de protección en las zonas con mayor probabilidad de quedar inundadas por la lava.

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Durante las siguientes semanas, las observaciones geofísicas revelaron que todavía fluía magma hacia la región. Para el 18 de diciembre, basándose en el terreno en globo, los científicos calcularon que se habían acumulado alrededor de 11 millones de metros cúbicos de magma fresco en el alféizar. Eso parecía ser todo lo que podía contener. Ese día, otro ruidoso flujo de magma salió del alféizar y llenó demasiado el dique. Los terremotos que rompieron rocas advirtieron a los científicos que el magma finalmente estaba saliendo a la superficie, y 90 minutos después de que comenzaran esos terremotos, “tuvimos la erupción”, dijo Jónsdóttir. "Ese fue un evento realmente rápido". Durante los días siguientes, la erupción drenó el dique lo suficiente como para que se estabilizara y se asentara.

Ese patrón se repitió antes de la erupción del 14 de enero: 12 millones de metros cúbicos de magma llenaron el alféizar antes de desencadenar una erupción cuatro horas después. Esta vez, una materia infernal rezumaba de una grieta de 3,000 pies de largo que surgió cerca de uno de los muros protectores al norte de la ciudad, y que logró desviar la lava. Pero una segunda grieta, más pequeña, apareció justo en las afueras de la ciudad, detrás del muro, y destruyó tres casas.

Después, el alféizar empezó a inflarse de nuevo. En ese momento, los científicos habían calculado que sería muy probable que se produjera una erupción cuando el alféizar se llenara con al menos 9 millones de metros cúbicos de materia fundida. A principios de febrero, el umbral había superado ese umbral y el 8 de febrero comenzó otra erupción. Una fisura de 3 kilómetros de largo se abrió cerca del lugar de la erupción de diciembre, canalizando lava lejos de Grindavík hacia una tubería que suministra agua caliente a gran parte de la península.

Y así el ciclo continua.

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Revelaciones geoquímicas

Las técnicas geofísicas que los científicos están utilizando para tomar el pulso del corazón magmático de Svartsengi no se limitan a rastrear el peligro en tiempo real. También están ayudando a construir una imagen de las arterias que canalizan todo ese magma hacia la superficie, lo cual es crucial para comprender toda la península y cómo podría comportarse en períodos de tiempo más largos.

Fagradalsfjall y Svartsengi, los dos sistemas volcánicos actualmente activos, están separados por sólo unos pocos kilómetros. A pesar de su proximidad, la evidencia geológica sugiere firmemente que son sistemas distintos. Sus arquitecturas subterráneas son manifiestamente diferentes. En Fagradalsfjall, el magma sale del manto directamente a la superficie, mientras que en Svartsengi se almacena temporalmente en la corteza poco profunda.

Y, sin embargo, curiosamente, los dos sistemas parecen extraer material de la misma fuente en el manto de la Tierra, lo que sugiere una conexión profunda.

ed marshall, geoquímico de la Universidad de Islandia, ha estudiado lava recién extraída de las erupciones en ambos sitios para tratar de determinar cómo están conectados los dos sistemas volcánicos y por qué se han turnado para hacer erupción. "Quieres estacionar en un lugar donde el gas y la lava no te saquen", dijo. Luego “entras, tomas la muestra y te vas”.

En general, las lavas islandesas muestran patrones químicos similares. Pero "Fagradalsfjall tiene la química de fusión más extraña del mundo", dijo Marshall, refiriéndose a la mezcla específica de elementos y compuestos que componen su sopa magmática. “En realidad, no sólo es extraño. Es único." Único, claro está, salvo que la lava de Svartsengi tiene casi exactamente las mismas huellas dactilares químicas, aunque Fagradalsfjall y Svartsengi son sistemas volcánicos aparentemente independientes. "Eso no tiene absolutamente ningún sentido", dijo Marshall. "La naturaleza simplemente está jugando con nosotros en este momento".

Pero "si las cosas están físicamente conectadas en profundidad", dijo, "esa es una solución bastante elegante para todo el problema".

Se están realizando análisis sísmicos del vulcanismo de la península. Los científicos esperan poder pronosticar dónde emergerá a continuación en los próximos meses y años, como lo hicieron con las recientes erupciones. Como un inicio, Halldór Geirsson, geofísico de la Universidad de Islandia, y sus colegas están utilizando un radar satelital para mapear fallas y fracturas en la península durante este período de disturbios, lo que sugieren puede revelar fallas ocultas, incluidos aquellos que pueden ser sitios de futuras erupciones de fisuras.

No hay garantía de que las erupciones posteriores sigan el mismo patrón que los recientes estallidos de Svartsengi: el corazón del sistema en forma de dique no es necesariamente una característica fija. “Cada vez que hay una erupción, se cambia el sistema de plomería. No se reinicia a cero”, dijo Mitchell.

La futura habitabilidad de Grindavík es una cuestión abierta y queda por ver si las otras ciudades de la península se enfrentarán a torrentes de lava. La nueva era hipervolcánica de la península de Reykjanes acaba de comenzar y podría durar años, décadas e incluso siglos.

"Desafortunadamente, no hay buenas noticias por delante", dijo Jónsdóttir.

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