Los volcanes emiten anillos de humo y ahora sabemos cómo lo hacen

Con flujos piroclásticos y ríos de lava abrasadora, los volcanes son célebres por la furia de su pirotecnia. Sin embargo, pueden resultar igualmente asombrosos durante sus momentos más tranquilos, como cuando un volcán en ebullición emite un anillo de humo.

Dichas apariciones breves se han observado en diversos volcanes del mundo, pero su formación no estaba del todo clara. Aunque pueden medir decenas de metros de diámetro, los anillos son efímeros e impredecibles, lo que dificulta su estudio. Por eso un equipo de científicos dirigido por Fabio Pulvirenti, investigador superior del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, decidió simularlos en un ordenador.

El volcán virtual del equipo, presentado en una reunión de la Sociedad de Geociencias de Asia y Oceanía en Singapur a principios de este mes, demuestra que «lo que ocurre en la boca de un fumador ocurre con mayor o menos exactitud dentro de un volcán», afirma Carmelo Ferlito, coautor del estudio y vulcanólogo de la Universidad de Catania, en Italia.

Humo y espejos

Según Boris Behncke, vulcanólogo del Instituto Nacional de Geofísica y Vulcanología de Italia que no participó en la investigación, pese a su nombre, estos anillos no están hechos de humo. Las variantes volcánicas están hechas de gases condensados —sobre todo vapor de agua— que emanan del magma y son propulsados de la chimenea volcánica.

Los vientos intensos pueden impedir que los anillos se formen o duren más que un breve instante. En condiciones más favorables, los anillos formados con un suministro considerable de vapor volcánico —más cálido y menos denso que el aire circundante— fluyen hacia el cielo y empiezan a expandirse. Finalmente, cuando han perdido la mayor parte del vapor, desaparecen.

Pero solo algunos volcanes parecen ser capaces de crear anillos de humo y solo en ocasiones específicas. Cuando Pulvirenti supo de su existencia en 2013, descubrió que la literatura científica apenas ofrecía respuestas de peso. Cuando ya no pudo soportar la curiosidad, reclutó a algunos colegas e intentó resolver el misterio.

El equipo examinó detenidamente las observaciones de anillos de humo volcánicos: comprobaron hasta qué altura llegaban, a qué velocidad se movían, cuándo se enfriaban, cuánto variaban sus composiciones y con qué frecuencia contenían cenizas. Los científicos también leyeron acerca de la migración y el escape de los gases magmáticos por los conductos volcánicos y profundizaron en la compleja física de la formación de vórtices en fluidos, obtenida en experimentos de laboratorio.

A continuación, introdujeron sus hallazgos en un modelo informático. Manipulando la acumulación de presión dentro del conducto, así como la geometría de la chimenea volcánica virtual, el equipo desentrañó cómo se formaban los anillos de humo.

Conforme el magma asciende por el conducto, la presión circundante desciende, lo que permite que los gases disueltos emerjan en forma de burbujas. Si el magma no es demasiado viscoso, las burbujas pueden fusionarse y formar embolsamientos de gas presurizado. Cuando se acercan a la chimenea, estos embolsamientos de gas se despresurizan violentamente y explotan, expulsando el vapor caliente hacia arriba, a veces a velocidades casi supersónicas.

En este caso, los volcanes son comparables a los cañones de humo de juguete, que expulsan niebla por una apertura estrecha y circular. En ambos casos, necesita existir una cantidad importante de vapor acumulada y debe ser expulsada rápidamente para formar un anillo decente.

En el volcán simulado, el vapor que se expulsaba por el respiradero interactuaba con las paredes de roca y hacía que los extremos de la bola de gas se enrollaran. Según Pulvirenti, los vídeos a cámara lenta muestran que ocurre exactamente lo mismo en los cañones de humo de juguete. A continuación, el anillo de vapor enrollado se topa con la atmósfera fría, se enfría, se desacelera, se condensa y se vuelve visible, algo similar a las estelas de los aviones.

Para crear los anillos, la chimenea volcánica debe ser bastante circular y los lados deben tener la misma altura. Si la chimenea tiene una forma demasiado irregular o está dividida, el anillo puede salir deforme, inestable o no llegar a formarse.

La hermandad del anillo

Benjamin Simons, estudiante de doctorado en vulcanología en la Universidad de Auckland, ha visto anillos de humo en varios volcanes que presentan actividad persistente, entre ellos el monte Yasur, en Vanuatu. La mayoría de los anillos que ha visto salían de tubos volcánicos sin techo, aperturas naturales casi circulares ubicadas por encima del nivel de las chimeneas volcánicas que están abiertas al «hermoso brillo nocturno del magma» subyacente.

Cuando se empujaban pequeñas bocanadas de gas volcánico por estas aperturas estrechas, aparecían anillos de humo. Explica que se elevaban pesadamente y rara vez tenían la fuerza suficiente para abandonar el cráter de la cima antes de desvanecerse. Los resultados del nuevo modelo informático coinciden con las propias observaciones de Simons; cuanto más circular es la apertura, «más probable es que se produzca un anillo de humo», afirma.

Aunque este trabajo aún debe ser revisado por pares, parece explicar por qué no se observan anillos de humo en todos los volcanes todo el tiempo, ya que su formación requiere unas condiciones muy precisas.

Sin embargo, aunque se cumplan estas condiciones, los anillos de humo no siempre aparecen, lo que apunta a que hay más por desentrañar de este pandemónium gaseoso dentro de los volcanes. Por suerte, el equipo aún sigue investigándolo con la esperanza de descubrir más respuestas.

La investigación no solo consiste en rascarse un picor científico. Los anillos de humo volcánico se forman en las mismas vías rocosas que expulsan magma a la superficie durante las erupciones, así que es posible que estudiarlas ayude a los geólogos a comprender mejor qué ocurre en el interior de las gargantas vaporosas de los volcanes.

Y, según Ferlito, aunque este estudio no aborde el problema más apremiante en la vulcanología, es satisfactorio resolver un misterio tan entretenido y hermoso de presenciar.

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.