Volcán Calbuco: las interrogantes III – Hacia un modelo del mecanismo gatillante de la erupción

A pesar del tiempo transcurrido desde la sorpresiva erupción del Calbuco en abril de 2015, los estudios publicados suelen repetir la misma temática: el análisis de los depósitos de material volcánico. Una nueva publicación no es la excepción, pero va un paso más allá, ofreciendo una posible solución al problema de cómo se generó la actividad, en base a los hallazgos de la propia investigación.

Como mencionaba, el trabajo del que haré referencia y que fue publicado en el mes de agosto, está focalizado fundamentalmente en el análisis de los productos emitidos por el Calbuco en su última erupción, tanto de tefra como de flujos piroclásticos, también llamados corrientes de densidad piroclástica (PDC) en las cercanías. Como esto es un trabajo fino que no es el centro de nuestra atención, presentaré a continuación una síntesis de los datos obtenidos:

-La erupción consistió en 2 fases subplinianas con alturas de columnas de 15-17 km, separadas unas pocas horas. Se registraron PDC que alcanzaron los 6 km de distancia desde el cráter.

-El volumen de material emitido se estima en 0.38 km3 no DRE y 0.15 km3 DRE. Esto significa “dense rock equivalent” (equivalente en roca densa) y consiste en el volumen compactado considerando su densidad, ya que el “no DRE” puede contener aire, agua u otros elementos ajenos que aumentan el valor, tal como ocurre con un suelo compactado. Usualmene el DRE oscila entre un 40% y 50% de la otra cantidad.

-Un 90% de lo emitido fue en forma de depósitos de tefra y el 10% restante lo constituyen los PDC.

-Los productos expulsados son fundamentalmente basalto-andesíticos, en un rango de 54-55% de sílice (SiO2) con pequeñas cantidades de andesita (58%), siendo totalmente consistentes con lo esperado en erupciones de este volcán.

-Aunque se observó, en base al punto anterior, una homogeneidad en la composición, se encontraron al menos 4 texturas diferentes en los materiales juveniles, como el grado de vesiculación y contenido de cristales.

Esta última apreciación es relevante puesto que permite a los investigadores tener una idea más clara de cómo fue desarrollándose la actividad, ya que las características del material estudiado dan cuenta de las condiciones existentes al momento de ser eyectados, lo que facilita el sugerir una explicación a lo que nos interesa, que es el cómo se gestó la erupción.

Antes de continuar, quiero detenerme en un concepto que seguramente habrán visto muchas veces. Me refiero a los modelos.

¿Qué es un modelo? No es tan fácil definirlo puesto que existen muchas acepciones que a veces más marean que ayudan. A pesar de esto, me quedo con la siguiente, que creo da una idea general del asunto: Un modelo (científico en este caso) es una representación que permite una aproximación, solución y/o explicación de un fenómeno facilitando su comprensión, con el objetivo de poder anticipar o pronosticar su comportamiento futuro.

De los diferentes tipos, la modelación de una erupción, si no me equivoco, pertenece a los llamados modelos “estocásticos”, es decir, hacen uso de datos conocidos (sismicidad, caracterización de los productos, tiempos, etc), permaneciendo otros en la incertidumbre, como algunos procesos internos complicados de establecer. Es, en cierta manera, una “solución adaptada”, basada en los antecedentes de que se dispone. La mayoría de los modelos científicos presentan esta incertidumbre y suele aceptarse el que las reduzca al máximo, hasta que se elabora otro más completo. Esto suele ocurrir especialmente en áreas como la física, en la cual si algo no era explicable, incluso se inventaban partículas con ciertas propiedades que lograran hacer funcionar un modelo. La teoría del caos en el siglo 20 dio cuenta ciertos fenómenos no pueden ser predichos con total exactitud, ya que deberíamos conocer todos los datos en un cierto momento. Además, como puse en la definición, es habitual que se incorporen muchas simplificaciones. El ejemplo más común es el de los pronósticos del tiempo, donde a pesar de los avances de la tecnología, no es posible eliminar la incertidumbre en los tan, hoy en día, manoseados modelos numéricos que están al alcance de cualquiera. Así, el informe del tiempo es razonablemente confiable en un máximo aproximado de 5 días, dependiendo de los detalles requeridos. Por eso, cuando en las redes sociales se dice “en 2 semanas más caerán 300 mm en tal ciudad” (en la que nunca se ha registrado eso) les sugiero no hacer mucho caso: lo que regularmente no ha sucedido antes no tiene por qué hacerlo ahora.

De vuelta en nustro tema, se plantean 2 posibles mecanismos desencadenantes de la erupción: la exsolución de volátiles por cristalización y la intrusión de un cuerpo de magma caliente en la cámara magmática.

La primera opción, que parece un trabalenguas, no es más que nuestro viejo amigo el second boiling (para los que han leído los artículos anteriores), en donde al enfriarse un magma, los cambios en volumen y temperatura al formarse cristales generan la liberación (exsolución) de los gases contenidos.

La segunda alternativa es la incorporación de nuevo magma al sistema, pero con una novedad. A diferencia de lo planteado acá en el blog sobre intrusiones basálticas que suelen dar lugar a erupciones violentas, se sugiere, considerando el resultado de los análisis efectuados, que tal intrusión sería de una composición similar a la del magma ya presente en la cámara, pero a mucho mayor temperatura, originando corrientes de convección (movimiento de fluidos por temperatura) que propiciaron la salida de gases, aumentando la presión interna hasta iniciar la erupción. La convección es el mismo proceso por el cual en un día cálido y húmedo se forman nubes de tormentas al ascender y condensarse el aire caliente.

¿Cuándo ocurrió esta intrusión? Por primera vez, en un hecho que se agradece bastante, se propone que sucedió al momento del sismo de magnitud 3.0 en mayo de 2014, el mayor registrado en años en el volcán, que no había sido considerado en ningún estudio post erupción. En la solución planteada cobra un rol preponderante como momento clave en el desarrollo de los eventos.

Aun cuando en la publicación se mencionan los 2 mecanismos por separado y con una consideración excluyente, terminan prácticamente fusionados o complementados con posterioridad. Para evitar la omisión de los detalles, presentaré a continuación las ideas fundamentales, tal cual aparecen expuestas en el texto.

En la siguiente imagen se resumen las distintas etapas de la erupción, según el modelo planteado por los autores tomando en cuenta las evidencias reunidas, ya mencionadas. Como era de esperar, algunos elementos mantienen una cuota de incerteza esperable en estos casos.

modelo-calbuco-traducido

Secuencia propuesta del proceso eruptivo –  Traducción de Aficientífico del original en inglés de Castruccio et al (2016)

Leyenda:

A) Cristalización o una pequeña intrusión de magma produce exsolución de volátiles, con generación de convección y vesiculación del magma intruido que incrementa la sobrepresión.

B) La sobrepresión gatilla la primera erupción, descomprimiendo la cámara produciendo una fuerte vesiculación en la parte superior de la cámara.

C) Después del fin de la primera fase, fuerte vesiculación y cristalización ocurre como respuesta a la despresurización tras la evacuación del magma en la primera erupción, incrementando nuevamente la sobrepresión.

D) La segunda fase comienza con una tasa de erupción más alta que en la primera.

E) Mientras la vesiculación continúa, empiezan a ser expulsados clastos densos gris oscuro, con una columna eruptiva más baja y una mayor ocurrencia de PDC.

F) La tasa eruptiva aumenta de nuevo y reaparece una columna eruptiva estable. Los clastos densos gris oscuro prealecen en los productos emitidos. Detención súbita de la erupción. Intensa sismicidad VT señala el reacomodo de la cámara magmática.

La vesiculación es la formación de burbujas de gas en el magma, las cuales pueden expandirse tanto por el aumento de la presión interna como por el descenso de la externa, tal como ocurre al agitar y luego abrir una bebida con gas.

Lo que se sugiere, a modo de resumen, es que una vez que la presión interna aumentó hasta el punto de no retorno, sea por uno u otro mecanismo, se abrió el conducto provocando el primer pulso eruptivo hasta su fin tras liberarse los gases. Esto parece confirmarse por la constancia en la profundidad registrada instrumentalmente, unos 7 km, no evidenciando un ascenso de magma hasta el principio del pulso. La pausa de algunas horas es explicada como el intervalo en que la vesiculación va generando nuevamente una sobrepresión debido a la violenta descompresión inicial, fenómeno también conocido como first boiling, que normalmente ocurre por el simple ascenso del magma. Al alcanzar por segunda vez un valor crítico, se inicia el segundo pulso. Esto ya es parte de la dinámica eruptiva, por lo que puede ocurrir en cualquier volcán de estas características. De hecho, muchas erupciones explosivas suelen tener una actividad inicial seguida por otra más violenta horas o días después, como el Pinatubo o Hudson en 1991 y el Chaitén en 2008. La intensa sismicidad VT final es producida por el vaciamiento parcial de la cámara magmática que relaja la presión sobre las rocas circundantes.

Aún se mantienen algunas dudas sobre la evolución de la actividad, especialmente precursora, tema que ha captado la atención desde un comienzo. A mi entender serían:

-No se logra aclarar totalmente la escasa sismicidad VT previa al inicio de la erupción, sean horas o meses antes de ella.

-¿Puede un sólo sismo de magnitud 3.0 (sin réplicas) explicar una intrusión magmática tan determinante? ¿Qué pasó desde entonces hasta el inicio de la mayor sismicidad?

Sobre el primer punto se comenta que autores anteriores establecen que la actividad VT usualmente precursora indica la ruptura de las rocas al crearse caminos de ascenso para el magma debido a la presión. En este caso, el incremento meses antes y las breves 3 horas previas de mayor intensidad se hipotetiza pueden ser porque el conducto se abrió rápidamente permitiendo el ascenso acelerado del magma. Esta idea no es nueva y, como muestra la figura, se sugiere la “reutilización” del conducto de 1961 que probablemente no representara mayor resistencia. Sí se señala que habitantes cercanos notaron ruidos y temblores en las horas previas a la erupción, pero, lamentablemente, no se da la fuente.

Con respecto a la (posible) intrusión y el sismo individual no se menciona nada, aunque es algo más delicado, que puede ir desde un proceso sumamente lento que evolucionó en los meses posteriores, hasta un tema de sensibilidad instrumental, lo que no es descartable, pero más lejano según mi punto de vista. Es posible que la intrusión recién se haya iniciado 2 meses antes y que el evento de 2014 haya creado fisuras que facilitasen el ascenso en profundidad hacia la cámara. La diferencia se nota al comparar el enjambre sísmico registrado a fines de junio de 2016 con más de 160 eventos en 3 días, interpretado como un reajuste profundo de la cámara magmática posiblemente a causa de una nueva intrusión, tema que analicé en un artículo anterior.

Otro punto que se recalca es que, a diferencia de otras erupciones del Calbuco, no hubo salida de lava como se hubiese esperado tras la fase explosiva, aunque Sernageomin me señaló al consultar que hubo “salpicaduras” en torno al cráter. Recordemos que la misma institución comunicó en su momento que la sismicidad post primer pulso indicaba la pronta salida de lava, pero en este documento se explica como una fuerte vesiculación. Si bien no en todas ha ocurrido, este hecho pudo deberse a la naturaleza misma de la erupción, fundamentalmente gaseosa y no de un magma forzado a salir desde mayores profundidades o por la insuficiente energía remanente para motivar su extrusión.

De todas formas, creo que para lo ocurrido en 2015 es una buena hipótesis la de la alteración de magma preexistente por otro que ingresó más recientemente.  Pienso que el tema de la sismicidad puede ser resuelto usando la solución planteada por este estudio, aunque no hayan entrado en mayores detalles. A modo personal haré una analogía que me parece puede ayudar a entender mejor el asunto.

Imaginemos una botella de vidrio grueso (cámara magmática) llena de agua (magma) y tapada con un corcho, que hace las veces del tapón hacia el conducto de salida. No podemos hacerle un agujero en la base, pero simularemos una intrusión  más caliente poniendo la botella sobre un mechero. Al calentarse el agua de la base, las burbujas de vapor (gases volcánicos)  ascienden creando corrientes de convección. Si conectamos un sensor al vidrio, podremos medir las leves vibraciones de éste y eventualmente (sigamos imaginando) pequeñas grietas (leves sismos VT meses antes) debido al proceso. En un momento dado la presión del vapor es tan grande que las fisuras crecen mucho (enjambre VT tarde 22 abril), pero sin romper la botella y el agua se agita a tal nivel que es posible medir su movimiento (primeros sismos LP). Llega un momento en que la presión es insostenible y el corcho sale volando (gran sismo LP 15 minutos antes) permitiendo que el agua suba y se derrame liberando su energía. Como el sistema sigue alterado, la ausencia del corcho es como abrir una ventana en el espacio: disminuye la presión y vuelven a formarse burbujas repitiendo el ciclo con la botella destapada.

botella-ilustrada

Analogía del agua caliente en la botella – Elaboración propia

Tal vez no sea la explicación más original, simple o correcta, pero estimo reúne de forma breve los diferentes aspectos tratados, intentando no caer en excesivos tecnicismos. Creo que esta publicación, aunque su foco era otro, dio un gran paso al conciliar en buena parte la teoría con la práctica y así avanzar en la solución a un tópico que, no me cabe duda, ha causado más de algún quebradero de cabeza a los científicos del área y que se ha convertido en todo un desafío. Es absolutamente esperable que nuevos estudios aparezcan próximamente, mejorando nuestro conocimiento de una de las mayores sorpresas geológicas de los últimos años. Vean toda la información obtenida de 1 sólo paper.

Referencia:

Angelo Castruccio, Jorge Clavero, Andrea Segura, Pablo Samaniego, Olivier Roche,  Jean-Luc Le Pennec y Bárbara Droguett, 2016: “Eruptive parameters and dynamics of the April 2015 sub-Plinian eruptions of Calbuco volcano (southern Chile)”

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