En 1816, el verano no apareció en Europa central y la gente se estaba muriendo de hambre. Justo un año antes, el volcán Tambora había entrado en erupción en Indonesia, arrojando enormes cantidades de cenizas y azufre a la atmósfera. Como estas partículas bloquearon parcialmente la luz solar,Al enfriar el clima, tuvo un grave impacto en la tierra y la gente, incluso en Suiza.
Desde entonces, los vulcanólogos han desarrollado ideas más precisas de por qué los supervolcanes como Tambora no solo son altamente explosivos, sino también por qué liberan tanto azufre a la atmósfera.
Las burbujas de gas tienden a acumularse en las capas superiores de los depósitos de magma, que se encuentran a pocos kilómetros debajo de la superficie de la tierra, acumulando presión que luego puede liberarse abruptamente por la erupción. Estas burbujas contienen principalmente vapor de agua pero también azufre.
erupciones ricas en azufre
"Tales erupciones volcánicas pueden ser extremadamente poderosas y arrojar una enorme cantidad de cenizas y azufre a la superficie", dice Andrea Parmigiani, un post-doctorado en el Instituto de Geoquímica y Petrología en ETH Zurich. "Hemos conocido por algunostiempo en que las burbujas de gas juegan un papel importante en tales eventos, pero solo habíamos podido especular sobre cómo se acumulan en los depósitos de magma ".
Junto con otros científicos de ETH Zurich y el Instituto de Tecnología de Georgia Georgia Tech, los investigadores estudiaron el comportamiento de las burbujas con un modelo de computadora.
Los científicos utilizaron cálculos teóricos y experimentos de laboratorio para examinar en particular cómo las burbujas en las capas de depósitos de magma ricos en cristales y pobres en cristales se mueven flotantemente hacia arriba. En muchos sistemas volcánicos, el depósito de magma consta principalmente de dos zonas: una capa superior que consistede fundición viscosa casi sin cristales, y una capa inferior rica en cristales, pero que aún contiene espacio en los poros.
Súper burbujas serpentean por un laberinto
Cuando Andrea Parmigiani, Christian Huber y Olivier Bachmann comenzaron este proyecto, pensaron que las burbujas, a medida que avanzaban hacia arriba a través de áreas ricas en cristales de los depósitos de magma, disminuirían drásticamente, mientras que irían más rápido en los pobres en cristaleszonas
"En cambio, descubrimos que, en condiciones ricas en volátiles, ascenderían mucho más rápido en las zonas ricas en cristales y se acumularían en las porciones ricas en masa de arriba", dice Parmigiani.
Parmigiani explica esto de la siguiente manera: cuando aumenta la proporción de burbujas en el espacio de los poros de las capas ricas en cristales, pequeñas burbujas individuales se unen en canales similares a los dedos, desplazando la fusión altamente viscosa existente. Estos canales similares a los dedos permiten unmayor velocidad vertical del gas. Sin embargo, las burbujas tienen que llenar al menos del 10 al 15% del espacio de los poros.
"Si la fase de vapor no puede formar estos canales, las burbujas individuales quedan atrapadas mecánicamente", dice el científico de la tierra. A medida que estos canales en forma de dedos alcanzan el límite de la masa fundida pobre en cristales, las burbujas individuales, más esféricas se desprenden y continúanascenso hacia la superficie. Sin embargo, cuanto más burbuja, más se reduce su velocidad de migración.
Esto se debe a que cada burbuja crea un flujo de retorno de fusión viscosa a su alrededor. Cuando una burbuja adyacente siente este flujo de retorno, se ralentiza. Este proceso se demostró en un experimento de laboratorio realizado por los colegas de Parmigiani, Salah Faroughi y Christian Huber en GeorgiaTech, usando burbujas de agua en una solución viscosa de silicona.
"A través de este mecanismo, se puede acumular una gran cantidad de burbujas de gas en la masa fundida pobre en cristales bajo el techo del depósito de magma. Esto eventualmente conduce a una sobrepresurización del depósito", dice el autor principal Parmigiani. Y porque las burbujas también contienenazufre, esto también se acumula, lo que explica por qué un volcán así podría emitir más azufre de lo esperado en función de su composición.
Lo que esto significa para la explosividad de un volcán dado aún no está claro. "Este estudio se centra principalmente en comprender los principios básicos del flujo de gas en los depósitos de magma; una aplicación directa a la predicción del comportamiento volcánico sigue siendo una pregunta para el futuro", diceel investigador, agregando que los modelos de computadora existentes no representan todo el depósito de magma, sino solo una pequeña parte de él: aproximadamente un cuadrado de unos pocos centímetros cúbicos con un límite claro entre las capas pobres en cristales y ricas en cristales.
Para calcular este pequeño volumen, Parmigiani utilizó computadoras de alto rendimiento como el Clúster Euler en ETH Zurich y una supercomputadora en el Centro Nacional de Supercomputación de Suiza en Lugano.
Para el software, el investigador tuvo acceso a la biblioteca de código abierto Palabos, que continúa desarrollando en colaboración con investigadores de la Universidad de Ginebra. "Este software es particularmente adecuado para este tipo de simulación", dice el físico.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Original escrito por Peter Rüegg. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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