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Columna de erupción

Animación satelital de la columna de erupción inicial y la onda de choque de Hunga Tonga-Hunga Haʻapai el 15 de enero de 2022 Una columna o penacho eruptivo es una nube de ceniz...

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Animación satelital de la columna de erupción inicial y la onda de choque de Hunga Tonga-Hunga Haʻapai el 15 de enero de 2022

Una columna o penacho eruptivo es una nube de ceniza y tefra sobrecalentadas, suspendidas en gases, emitida durante una erupción volcánica explosiva . Los materiales volcánicos forman una columna vertical que puede elevarse varios kilómetros por encima del cráter del volcán. En las erupciones más explosivas, la columna eruptiva puede superar los 40 km (25 millas) , penetrando la estratosfera . La inyección de aerosoles en la estratosfera por los volcanes es una de las principales causas del cambio climático a corto plazo .  

Un fenómeno común en las erupciones explosivas es el colapso de la columna de lava, que se produce cuando esta es o se vuelve demasiado densa para elevarse a gran altura por la convección del aire y, en su lugar, desciende por las laderas del volcán formando flujos o oleadas piroclásticas (aunque estas últimas son menos densas). En ocasiones, si el material no es lo suficientemente denso como para caer, puede generar nubes pirocúmulonimbos .

Formación

Columna de erupción sobre el monte Pinatubo en Filipinas , 12 de junio de 1991

Las columnas de erupción se forman durante la actividad volcánica explosiva, cuando la alta concentración de materiales volátiles en el magma ascendente provoca su fragmentación en ceniza volcánica fina y tefra más gruesa . La ceniza y la tefra son expulsadas a velocidades de varios cientos de metros por segundo y pueden alcanzar rápidamente alturas de varios kilómetros, impulsadas por enormes corrientes de convección .

Las columnas de erupción pueden ser transitorias, si se forman por una explosión discreta, o sostenidas, si se producen por una erupción continua o por explosiones discretas muy próximas entre sí.

Estructura

Los materiales sólidos y líquidos en una columna de erupción se elevan mediante procesos que varían a medida que el material asciende: [ 1 ]

  • En la base de la columna, el material es expulsado violentamente hacia arriba del cráter por la presión de gases que se expanden rápidamente, principalmente vapor. Los gases se expanden debido a que la presión de la roca que se encuentra sobre ellos disminuye rápidamente a medida que se acerca a la superficie. Esta región se denomina región de empuje de gas y generalmente se extiende solo uno o dos kilómetros por encima de la chimenea.
  • La región de empuje convectivo abarca la mayor parte de la altura de la columna. Esta región de empuje gaseoso es muy turbulenta, y el aire circundante se mezcla con ella y se calienta. El aire se expande, disminuye su densidad y asciende. El aire ascendente arrastra consigo todo el material sólido y líquido de la erupción.
  • A medida que la columna asciende hacia el aire circundante menos denso, eventualmente alcanzará una altitud donde el aire caliente ascendente tendrá la misma densidad que el aire frío circundante. En esta región de flotabilidad neutra, el material eruptivo ya no ascenderá por convección, sino únicamente por su impulso ascendente. Esta zona se denomina región paraguas y suele estar marcada por la columna extendiéndose lateralmente. El material eruptivo y el aire frío circundante tienen la misma densidad en la base de la región paraguas, y la parte superior está marcada por la altura máxima a la que el impulso eleva el material. Debido a que las velocidades son muy bajas o insignificantes en esta región, a menudo se ve distorsionada por los vientos estratosféricos.

Alturas de las columnas

Columna de erupción que se eleva sobre el volcán Redoubt , Alaska, el 21 de abril de 1990, que alcanzó una altura de aproximadamente 9 km (5,6 millas) [ 2 ].  

La columna dejará de ascender una vez que alcance una altitud donde su densidad sea mayor que la del aire circundante. Varios factores controlan la altura que puede alcanzar una columna de erupción.

Entre los factores intrínsecos se incluyen el diámetro de la chimenea volcánica, el contenido de gas del magma y la velocidad de expulsión. Los factores extrínsecos también pueden ser importantes; por ejemplo, los vientos a veces limitan la altura de la columna, y el gradiente térmico local también influye. La temperatura atmosférica en la troposfera normalmente disminuye entre 6 y 7 K /km, pero pequeñas variaciones en este gradiente pueden tener un gran efecto en la altura final de la columna. Teóricamente, se estima que la altura máxima alcanzable de la columna es de unos 55 km (34 mi) . En la práctica, se observan alturas de columna que oscilan entre los 2 y los 45 km (1,2 y 28 mi) .    

Las columnas de erupción con alturas superiores a 20-40 km (12-25 mi) atraviesan la tropopausa e inyectan partículas en la estratosfera . Las cenizas y los aerosoles en la troposfera se eliminan rápidamente por la precipitación , pero el material inyectado en la estratosfera se dispersa mucho más lentamente, en ausencia de sistemas meteorológicos . Cantidades sustanciales de inyección estratosférica pueden tener efectos globales: después de la erupción del Monte Pinatubo en 1991, las temperaturas globales descendieron alrededor de 0,5 °C (0,90 °F) . Se cree que las erupciones más grandes causan descensos de temperatura de varios grados y son potencialmente la causa de algunas de las extinciones masivas conocidas .    

La altura de la columna eruptiva es una forma útil de medir la intensidad de una erupción, ya que, para una temperatura atmosférica dada, la altura de la columna es proporcional a la raíz cuarta de la tasa de erupción de masa. En consecuencia, en condiciones similares, para duplicar la altura de la columna se requiere una erupción que expulse 16 veces más material por segundo. La altura de la columna de erupciones no observadas puede estimarse calculando la distancia máxima que recorren los piroclastos de diferentes tamaños desde el cráter: cuanto más alta sea la columna, mayor será la distancia que puede recorrer el material expulsado de una masa (y, por lo tanto, de un tamaño) determinado.

La altura máxima aproximada de una columna de erupción viene dada por la ecuación.

H = k(MΔT) 1/4

Dónde:

k es una constante que depende de varias propiedades, como las condiciones atmosféricas.
M es la tasa de erupción másica.
ΔT es la diferencia de temperatura entre el magma en erupción y la atmósfera circundante.

Peligros

Colapso de columna

La columna de erupción producida por el Monte Santa Helena en 1980, vista desde el pueblo de Toledo, Washington , a 56 km (35 millas) de distancia. La nube tenía aproximadamente 64 km (40 millas) de ancho y 24 km (79 000 pies, 15 millas) de alto.       

Las columnas de erupción pueden acumular tanto material denso que resultan demasiado pesadas para ser sostenidas por las corrientes de convección. Esto puede ocurrir repentinamente si, por ejemplo, la velocidad de erupción del magma aumenta hasta un punto en el que no se incorpora suficiente aire para sostenerlo, o si la densidad del magma aumenta repentinamente al extraerse magma más denso de las regiones inferiores de una cámara magmática estratificada .

Si esto ocurre, el material que llega al fondo de la región de empuje convectivo ya no puede ser sostenido adecuadamente por la convección y caerá por gravedad , formando un flujo piroclástico o una oleada que puede descender por las laderas de un volcán a velocidades superiores a 100-200 km/h (62-124 mph) . El colapso de la columna es uno de los peligros volcánicos más comunes y peligrosos en las erupciones que forman columnas.  

Aeronave

Varias erupciones han puesto en grave peligro a las aeronaves que se han topado con la columna de ceniza o la han sobrevolado. En dos incidentes distintos ocurridos en 1982, aviones comerciales volaron hacia la parte superior de una columna de ceniza expulsada por el monte Galunggung , y la ceniza dañó gravemente ambas aeronaves. Los peligros particulares fueron la ingestión de ceniza que detuvo los motores, el desgaste de las ventanas de la cabina que las volvió prácticamente opacas y la contaminación del combustible por la ingestión de ceniza a través de los conductos de presurización. El daño a los motores es un problema particularmente grave, ya que las temperaturas dentro de una turbina de gas son lo suficientemente altas como para que la ceniza volcánica se derrita en la cámara de combustión y forme una capa vítrea en los componentes posteriores, por ejemplo, en las palas de la turbina.

En el caso del vuelo 9 de British Airways , la aeronave perdió potencia en sus cuatro motores, y en el otro, diecinueve días después, fallaron tres de los cuatro motores de un Boeing 747 de Singapore Airlines. En ambos casos, los motores se reiniciaron con éxito, pero las aeronaves se vieron obligadas a realizar aterrizajes de emergencia en Yakarta .

Daños similares a aeronaves ocurrieron debido a una columna de erupción sobre el volcán Redoubt en Alaska en 1989. Tras la erupción del Monte Pinatubo en 1991, las aeronaves fueron desviadas para evitar la columna de erupción, pero aun así, la ceniza fina que se dispersó sobre una amplia zona del sudeste asiático causó daños a 16 aeronaves, algunas a una distancia de hasta 1000 km (620 millas) del volcán.  

Las columnas de erupción no suelen ser visibles en el radar meteorológico y pueden quedar ocultas por nubes comunes o la noche. [ 3 ] Debido a los riesgos que representan para la aviación las columnas de erupción, existe una red de nueve Centros de Asesoramiento sobre Ceniza Volcánica en todo el mundo que monitorean continuamente las columnas de erupción utilizando datos de satélites, informes terrestres, informes de pilotos y modelos meteorológicos. [ 4 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Cómo funcionan los volcanes: el modelo de erupción (película QuickTime)" . Universidad Estatal de San Diego . Archivado del original el 1 de julio de 2007. Consultado el 30 de junio de 2007 .
  2. ↑ "Boletín de la Red Mundial de Vulcanismo; volumen 15, número 4 (abril de 1990)" . Programa Mundial de Vulcanismo . Institución Smithsoniana . 1990. Consultado el 14 de enero de 2018 .
  3. ↑ Mitchell Roth; Rick Guritz (julio de 1995). "Visualización de nubes de ceniza volcánica". IEEE Computer Graphics and Applications . 15 (4): 34– 39. Bibcode : 1995ICGA...15d..34R . doi : 10.1109/38.391488 .
  4. ↑ "Mantener las aeronaves alejadas de la ceniza volcánica - Centro de Asesoramiento sobre Ceniza Volcánica de Darwin" . Gobierno australiano - Oficina de Meteorología . Consultado el 30 de junio de 2007 .

Lecturas adicionales

  • Casadevall TJ; Delos Reyes PJ; Schneider DJ (1993). "Las erupciones del Pinatubo de 1991 y sus efectos en las operaciones aéreas" . Fuego y lodo: erupciones y lahares del monte Pinatubo, Filipinas . Servicio Geológico de los Estados Unidos/Instituto Filipino de Vulcanología y Sismología . Consultado el 30 de junio de 2007 .
  • Chakraborty P.; et  al. (2009). "Mesociclones volcánicos" (PDF) . Nature . 458 (7237): 495– 500. Bibcode : 2009Natur.458..497C . doi : 10.1038 /nature07866 . PMID 19325632. S2CID 1129142 .  
  • Glaze LS; Baloga SM (1996). "Sensibilidad de las alturas de las columnas de humo flotantes a las condiciones atmosféricas ambientales: Implicaciones para las columnas de erupción volcánica". Journal of Geophysical Research . 101 (D1): 1529– 1540. Bibcode : 1996JGR...101.1529G . doi : 10.1029/95JD03071 .
  • Scase, MM (2009). "Evolución de las columnas de erupción volcánica" . Journal of Geophysical Research . 114 (F4) 2009JF001300: F04003. Bibcode : 2009JGRF..114.4003S . doi : 10.1029/2009JF001300 .
  • Woods, AW (1988). "La dinámica de fluidos y la termodinámica de las columnas de erupción". Bull. Volcanol . 50 (3): 169– 193. Bibcode : 1988BVol...50..169W . doi : 10.1007/BF01079681 . S2CID 140193721 . 
  • Wilson L.; Sparks RSJ; Huang TC; Watkins ND (1978). "El control de las alturas de las columnas volcánicas por la energética y la dinámica de la erupción". Journal of Geophysical Research . 83 (B4): 1829– 1836. Bibcode : 1978JGR....83.1829W . CiteSeerX 10.1.1.550.7357 . doi : 10.1029/JB083iB04p01829 . 
  • Información del USGS
  • Descripción de la columna de erupción de Galunggung