Volcán Calbuco: las interrogantes IV – Juntando más piezas

Hay enigmas que se resuelven rápidamente y otros que toman mucho tiempo. Cual puzzle policial, la naturaleza también se comporta de manera similar. Lugar: Región de los Lagos. Caso: volcán Calbuco. Un acertijo que se resiste a ser resuelto a 4 años de iniciado. Sin embargo, al parecer se han encontrado nuevas pistas que permiten acercarse a la conclusión del misterio. Los detalles en un nuevo capítulo de esta intrigante historia.

Recordemos que el 22 de abril de 2015, tras 43 años de calma, el volcán Calbuco volvió a la vida de una manera particular: casi sin aviso. Algunas horas de sismicidad destacada y a hacer erupción se ha dicho. El paulatino incremento en su actividad durante los meses precedentes no fue suficiente para siquiera cambiar la alerta, aunque varios lo teníamos en el ojo por ese sutil cambio. Lo que vino después es conocido: una gran nube de cenizas, rayos por doquier, lahares y flujos piroclásticos que cambiaron el paisaje a su alrededor. Tras un tiempo, el volcán volvió a su sueño, pero la labor de los estudiosos recién comenzaba.

Las últimas novedades comienzan con análisis de 9 muestras recogidas en 7 puntos ubicados en el curso del río Blanco Este, que escurre hacia el noreste del volcán. Por este lugar bajaron algunos de los principales flujos piroclásticos, siendo un sitio adecuado para hacer estudios referentes a los materiales emitidos en la erupción. Las muestras consistían en 4 lapillis (fragmentos de entre 2 y 64 mm) y 5 bombas (mayores a 64 mm).

Lugares de recolección de las muestras. En amarillo las de lapilli y en rojo las bombas.

Debido a que la erupción estuvo marcada por 2 pulsos principales, las muestras están extraídas de capas bien marcadas en el terreno de acuerdo a los distintos depósitos, salvo algunas bombas que provienen de los flujos piroclásticos. Esto significa que tuvieron distintos orígenes y así los datos obtenidos pueden correlacionarse con las fases de la actividad eruptiva.

El principal objetivo de estudiar estas muestras era determinar las condiciones en las que estaban antes de la erupción, principalmente presión y temperatura, que dan cuenta de los procesos involucrados y a partir de ello sugerir un modelo que explique el desarrollo de los acontecimientos. Me remitiré a entregar los resultados ya que los detalles de los ensayos no vienen al caso.

Resumen temperaturas y presiones

De la tabla anterior nos importan las columnas marcadas. Ellas son el rango de temperatura de cada muestra (rojo) y su promedio (verde) medidas en Celsius, las presiones (azul) y su promedio (celeste) indicadas en kilobares. Las otras corresponden a los métodos utilizados y a parámetros estadísticos propios de los cálculos. 1 kilobar (kbar) equivale a 1000 veces la presión atmosférica al nivel del mar, como para que se hagan una idea de lo que tuvieron que soportar. En general se observa una temperatura que oscila en torno a los 900-1000°C y presiones del orden de los 2 a 3 kbar. Aunque no se indica en la tabla, las composiciones de las muestras señalan que se trata de material basáltico a basáltico-andesítico, encontrándose dentro de lo esperado para erupciones del Calbuco. Al menos por ahí no hay sorpresas.

¿Qué significa esto? Tal como les contaba, esta información permite caracterizar las condiciones a las que fueron sometidas las muestras. Las temperaturas no arrojaron resultados fuera de lo común, así que las presiones se transforman en los datos cruciales. Basándose en diversos trabajos anteriores, se establece que el material provino de aproximadamente entre los 5 y 9 km de profundidad, siendo el de 6 a 8.5 km un rango más probable, es decir, originadas en una cámara magmática muy superficial.

En sí esto no dice mucho y hay que echar mano de otros antecedentes. Usualmente debido a las variaciones en los volúmenes de magma antes, durante y/o después de las erupciones, los volcanes tienden a sufrir deformaciones que en la actualidad son detectables con diversos métodos, como inclinómetros o mediciones satelitales. Los primeros, administrados por el Ovdas, nunca evidenciaron nada anormal. Sin embargo, las observaciones por satélite mostraron que tras la erupción, el volcán Calbuco descendió casi 15 cm. Bastante, aunque no se halló rastro de una inflación previa. Eso se mantiene entre los misterios del caso. Los modelos plantean que la fuente de ese levantamiento se ubicaba entre los 8 y 11 km de profundidad.

Por último se recurrió a lo que quizás es más familiar para ustedes: la sismicidad. Según los informes oficiales, el enjambre sísmico registrado en las horas previas a la erupción tenía sus hipocentros concentrados a poco más de 7 km de profundidad, entre 7.1 y 7.4 para ser más específicos. ¿Se van haciendo una idea? En la siguiente figura se ilustran estos 3 aspectos representándose por la profundidad estimada para cada proceso.

Esquema de las profundidades obtenidas

Gráficamente resulta más fácil apreciar los datos. El rectángulo amarillo señala la zona de la que provienen las muestras analizadas, en base a la presión calculada. Las líneas son el margen de error de los resultados. El recuadro rosado indica la región estimada que dio origen a la deformación del volcán. Ambas se solapan levemente. Un poco más arriba se marca el lugar reflejado por los sismos precursores del 22 de abril. A grandes rasgos vemos que tanto la deformación como el origen de las muestras ocupan regiones diferentes (hay que analizarlo verticalmente), con la sismicidad más o menos a medio camino. ¿Cómo se interpreta esto? Antes de seguir hay que explicar algo importante.

Cuando usted escucha el concepto de reservorio o cámara magmática bajo un volcán,  probablemente se imagina algo como esas aventuras a las profundidades del planeta, donde los exploradores encuentran grandes piscinas de lava a las que siempre están a punto de caer. Pues bien, en realidad no es tan amistoso el asunto. El magma es una masa bastante densa, pero no tanto como la roca que lo rodea. Se almacena en grandes reservorios que pueden tener varios kilómetros de extensión, ya sea hacia los lados o en profundidad. Son como los estanques de combustible de los volcanes. Sin embargo, no todo ese material es eruptable.

El magma, entre otras cosas, está compuesto por gran cantidad de cristales que le confieren distintas propiedades, como su grado de fluidez. Cuando el grado de cristalización (cuánto del magma son cristales) es menor al 45%, se dice que es una cámara magmática. Si es mayor al 45% se habla de un mush, que podríamos traducir como un mazacote o papilla espesa. Simplemente mush. La gran y fundamental diferencia entre ambos es que en el primero se pueden dar las condiciones de ebullición o bubujeo que le permita generar generar la presión suficiente para ser expulsado en una erupción. El segundo, en cambio, suele ser más pasivo y permanecer en su sitio, tradicionalmente a mayor profundidad. Por eso es mejor manejar el concepto de reservorio magmático, ya que incluye tanto a la cámara como al mush.

La situación es análoga a cuando se cocina, por ejemplo, una cazuela. Si imaginamos la olla como el reservorio, sabemos que la preparación lleva una cantidad de agua o caldo y obviamente muchos ingredientes como papas, arvejas, carne, zanahorias y otros sólidos. ¿Cuál es el que burbujea o hierve? Claramente el caldo, que sería nuestra cámara magmática y la que probablemente por salpicar más de alguna quemadura nos deje. En contraste, los sólidos se cocinan sin sobresalto y permanecen tranquilos en el fondo o flotando por ahí con el único riesgo de por nuestro descuido sean ellos los que se quemen y se arruine el almuerzo. Es el mush que le da sabor a la cazuela.

Ahora es momento para hacerles una confesión. ¿Se acuerdan de la tabla de temperaturas y presiones que les mostré? La verdad es que ese reumen no incluye a todas las muestras. Falta una, denominada Cal-160. Esta es una bomba de color blanco con partes negras depositada por un flujo piroclástico. Los siguientes son los resultados de los análisis de ella:

Resultados para la muestra Cal-160

La simbología de los colores es la misma que en la ocasión anterior. Las presiones, a pesar de algunos valores más altos, no se aleja mucho de las muestras previas. Las temperaturas, aunque aparentemente similares, rondan los 800-900°C, a diferencia de las otras que llegaban hasta los 1000°C. Sin embargo, uno de los ensayos realizados sugirió que Cal-160 había experimentado un calentamiento de entre 70 y 220 grados Celsius poco antes de ser eruptada. Adicionalmente su cristalinidad era de un 60%, más alta que la de las otras. Además su composición era algo más “evolucionada”, es decir, tenía más sílice.

¿Qué significa esto? Empecemos por el final. Normalmente se asocia un material “evolucionado” a una mayor residencia en el reservorio, o sea, Cal-160 puede haber permanecido un tiempo más prolongado tras su llegada desde las profundidades. ¿Dónde estaba? Por su menor temperatura es probable que haya sido parte del mush, zona en la cual suelen presentarse estas características. Podríamos decir que provino de la mitad del reservorio hacia abajo.

¿Y el calentamiento? Esto es quizás lo más interesante de la investigación. Siendo la única muestra que evidencia este cambio, sumado a las propiedades descritas, se plantea que formaba parte del fondo del mush, en lo más profundo del reservorio magmático. La hipótesis sugiere que una intrusión de magma fresco, de similar composición, pero mucho más caliente, alcanzó la base del reservorio calentando el material del fondo, aunque sin mezclarse con él, generando las condiciones que gatillaron la erupción. Cal-160 sería como un pedazo de pollo que estaba en la parte baja de la olla y que por una extraña razón saltó con el caldo al levantar la tapa de la olla.

“Todo calza” diría alguien por ahí, pero si el magma eruptable está arriba y el mush espeso y más frío está abajo, ¿cómo es que el nuevo magma logró alterar el primero existiendo esa auténtica barrera? Acá nos topamos con una pregunta que no tiene una respuesta fácil, ya que depende del escenario. En otros casos con una configuración similar la solución se atribuye a la interacción entre el nuevo magma y el del reservorio, mezcla que modifica las propiedades del mush facilitando las erupciones, pero de un estilo más efusivo o menos explosivo. Claramente, ni por geoquímica ni por estilo este es el caso del Calbuco. ¿Qué pasó entonces? Se sugiere un escenario en el que existe una capa volátil (“eruptable”) entre la intrusión y el mush, pero en esta línea los volúmenes o cantidades de magma calentados deben ser pequeños. Considerando que la erupción del Calbuco de 2015, a pesar de su espectacularidad, fue bastante breve, es una alternativa que asoma como razonable.

Por último ¿cuándo ocurrió este calentamiento? Sólo se tiene una muestra por lo que generalizar es inadecuado, pero los rangos de tiempo propuestos van de pocas horas a algunos días antes de la erupción. ¿Significa esto que el magma llegó poco antes del 22 de abril? No necesariamente, sólo que las condiciones irreversibles pudieron haberse producido con muy poca antelación y ser la conclusión de un proceso de varios meses. Los autores consideran estos resultados un complemento de una investigación anterior (ver parte III), ya que existe concordancia entre ambas, llegando a conclusiones similares a través de distintos caminos.

Modelo del reservorio magmático y etapas pre-eruptivas

Pero no vayamos tan rápido. Otro estudio sobre esta erupción fue recientemente publicado y sus conclusiones son importantes de analizar. Los procedimientos fueron similares y con el mismo objetivo: establecer las condiciones pre-eruptivas a través de distintos ensayos a muestras extraídas en terreno. Las temperaturas obtenidas son semejantes, pero las presiones más altas y por ende las muestras provendrían de un sector más profundo. Por ello se sugiere que el reservorio está ubicado a entre 8 y 12 km de profundidad, consistente con los modelos de deformación. Además, a diferencia de la anterior investigación, se propone que no existió una inyección magmática reciente que gatillara la erupción.

¿En qué se basan? Cuando un magma queda almacenado por un tiempo, se forman cristales en él. Si el magma permanece un tiempo suficiente enfriándose, esta diferencia de temperatura sumada a la aparición de cristales modifica las condiciones internas del reservorio, generando convección (burbujeo) y liberación de gases, que elevan la presión interna hasta que finalmente el sistema no da más y se produce la erupción. Es el temido second boiling del que ya he hablado en otras ocasiones. La sismicidad registrada pocas horas antes reflejaría esta sobrepresión en el techo del reservorio. El tiempo de formación de estos cristales iría de pocas horas a meses. El primer caso se daría porque este movimiento del magma en las últimas horas antes de la erupción facilitaría la formación de aún más cristales.

Adicionalmente sostienen que la falta de deformación previa confirmaría esta hipótesis descartando una intrusión de magma. Sin embargo, como el monitoreo efectivo del Calbuco (y en general de los volcanes chilenos) es muy reciente, no se puede descartar que esa inyección (y deformación) haya ocurrido de manera gradual y/o en épocas pasadas en la forma de eventos puntuales. Refresco la memoria con que a mediados de 2016, 1 año después de la erupción, se elevó la alerta nuevamene por un enjambre sísmico imperceptible acompañado de una deformación del volcán. Varios de estos eventos pudieron ocurrir en las décadas anteriores. Otra opción barajada es que el proceso propuesto altera la compresibilidad del magma incidiendo en que la real deformación no se vio reflejada en los instrumentos.

¿Quién dice la verdad? Paradójicamente puede que ambos y ninguno a la vez. Así al menos lo plantea un tercer trabajo sobre el tema. De forma similar a los anteriores, sus resultados muestran que el material depositado en los pulsos eruptivos proviene de una profundidad de entre 7 y 10 km, con una temperatura promedio de unos 950°C. Más allá de los márgenes de error, nada nuevo hasta acá. Con respecto a los mecanismos gatillantes de la erupción postulados por las otras investigaciones (inyección magmática y second boiling) señala lo siguiente:

-Second boiling: Aunque los análisis de las características del magma apoyan la idea de la existencia de este proceso, no estarían dadas las condiciones geoquímicas para que generara una sobrepresión en la cámara que causara una erupción. La determinación de esos parámetros sería muy compleja y sólo a modo de aproximación experimental o mediante modelos. Por otro lado la ausencia de deformación también es sindicada como un factor a considerar en contra de esta hipótesis, ya sea porque no se produjo o por problemas de sensibilidad instrumental.

-Inyección magmática: Conocida también como first boiling, esta idea tampoco es apoyada por los autores por 2 razones principales. Primero, porque habría sido detectada sísmicamente junto a algún tipo de deformación. Al menos en este punto se abren a la posibilidad de que la complejidad de los sistemas volcánicos puede dar pie a que estas señales no se manifiesten. Segundo, no se halló evidencia de un cambio físico-químico en las muestras estudiadas. Esto indicaría que el nuevo magma habría afectado sólo la base del reservorio. En ese caso se esperaría encontrar indicios como mayores temperaturas del material. Sin embargo, y citando al primer trabajo acá comentado, dicho calentamiento estaría asociado sólo a momentos cercanos a la erupción y no al ingreso de magma fresco. Considerando estos aspectos se postula que una inyección debería haber generado la erupción de manera prácticamente instantánea tras su llegada. Aún así no se elimina tal opción, pero no habría jugado un papel notorio como gatillante.

Si no es ni lo uno ¿es todo lo contrario? No, y aquí es donde esta publicación saca un as bajo la manga. A falta de 2 teorías, mejor tener 3. ¿De qué se trata? Entre las muestras analizadas habían algunas con características geoquímicas marcadamente distintas a las otras. Por ejemplo que poseen más sílice (mayor “evolución”) y temperaturas algo más bajas que el resto, además de mayor presencia de ciertos minerales como las anfíbolas, aunque esta en sí es relativamente abundante en el magma del Calbuco. Estas diferencias no serían explicables por procesos de la erupción en sí.

Entonces, se plantea que tales muestras formaban parte de la pared de la cámara magmática. ¿Cómo llegaron al magma? A través del colapso debido a la fusión de parte de las paredes del reservorio, incorporando estos cuerpos extraños a la mezcla magmática modificándola y generando las condiciones para una erupción. Estos fragmentos se encontraron sólo hacia el final del depósito del segundo pulso eruptivo (el de madrugada) sugiriendo que fueron de los últimos en ser expulsados. Su escaso número reflejaría que pertenecían a una pequeña zona de profundidad intermedia o mayor de las paredes. Otro detalle: estos piroclastos se caracterizan por ser blancos. ¿Se acuerdan del color de Cal-160, la muestra que se presume sufrió un calentamiento? Sí, predominantemente blanca. ¿Sería esta también parte de este sector? El color puede ser lo de menos, pero curiosamente fue una de las 2 muestras que el primer trabajo acá mencionado encontró con mayor proporción de anfíbolas, posible indicativo de que tendría un origen común, ya sea tanto de la pared del reservorio como de un magma de mayor profundidad. Volviendo a la analogía de la cazuela, es como si un pedazo de la olla se hubiese fundido y mezclado con el resto de los ingredientes.

Esta alternativa no reniega de las otras 2, sino que se presenta como un factor extra desencadenante de la erupción ya que ninguna de ellas sería suficiente por sí sola. No necesita de deformación superficial porque sería un proceso insuficiente para generarla. El sutil aumento de sismicidad de los meses previos se interpreta como la fractura gradual de esta pared magmática, alcanzando su rompimiento final la tarde del 22 de abril donde se podría haber sumado a la ocurrencia de uno o los dos otros mecanismos, provocando el exceso de presión que culmina en la erupción. Tampoco requiere cambios físico-químicos en el magma tal como se sugiere respecto a la insuficiencia del second boiling como responsable de la sobrepresión. Esta hipótesis sí implica la existencia de numerosos xenolitos (xeno=extraño, litos=rocas–>rocas extrañas) en los depósitos, una tarea compleja y que se deja como un desafío para otros estudios.

opciones.png

¿Cuál será la opción correcta?

Sea cual sea la explicación más correcta, las implicancias son enormes, sobre todo en cuanto a la preparación ante erupciones, ya que romperían la idea clásica de que los volcanes, y en especial aquellos como el Calbuco, avisan siempre con la suficiente anticipación para tomar las medidas adecuadas. Si bien lo ocurrido en 2015 puede ser una excepción, quizás sea más común de lo que se crea. Por ahora el rompecabezas del Calbuco parece irse armando lentamente, pieza a pieza.

 


Referencias:

E. Morgado, D. J. Morgan,  J. Harvey, M. Parada, A. Castruccio, R. Brahm, F. Gutiérrez, B. Georgiev, S. J. Hammond, 2019: “Localised heating and intensive magmatic conditions prior to the 22–23 April 2015 Calbuco volcano eruption (Southern Chile)”, Bulletin of Volcanology  81:24

F. Arzilli, D. Morgavi, M. Petrelli y 10 más, 2019: “The unexpected explosive sub-Plinian eruption of Calbuco volcano (22–23 April 2015; southern Chile): Triggering mechanism implications”, Journal of Volcanology and Geothermal Research

D. Astudillo, 2018: “Evolución de volátiles y elementos traza ligeros, a través de inclusiones vítreas, y su rol en la erupción de 2015 en la erupción del volcán Calbuco, X Región, Chile”, Tesis, Universidad de Chile

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