erupción límnica

Una erupción límnica , también conocida como vuelco lacustre , es un tipo de desastre natural extremadamente raro en el que el dióxido de carbono disuelto ₍ CO₂ ) brota repentinamente de las profundidades de un lago, formando una nube de gas capaz de asfixiar a la fauna silvestre , el ganado y los seres humanos . Los científicos creen que los terremotos , la actividad volcánica y otros eventos explosivos pueden desencadenar erupciones límnicas, ya que el aumento _del CO₂ expulsa agua del lago. Los lagos en los que se produce dicha actividad se denominan lagos límnicamente activos o lagos explosivos . Algunas características de los lagos límnicamente activos incluyen:

• agua entrante saturada _de CO2
• Un fondo lacustre frío indica la ausencia de calor volcánico directo en las aguas del lago.
• Una capa térmica superior e inferior con diferentes saturaciones de CO₂ _.
• Proximidad a zonas con actividad volcánica

Las investigaciones sobre las víctimas del lago Monoun y del lago Nyos llevaron a los científicos a clasificar las erupciones límnicas como un tipo distinto de evento peligroso, aunque pueden estar indirectamente relacionadas con las erupciones volcánicas. ^{[ 1 ]}

Lago Monoun

Lago Nyos

Ubicación de las dos erupciones límnicas registradas en la historia moderna de Camerún.

Debido a la naturaleza en gran medida invisible de la causa subyacente ( gas CO₂ ) de las erupciones _límnicas , es difícil determinar en qué medida y cuándo ocurrieron erupciones en el pasado. El historiador romano Plutarco relata que en el 406  a. C., el lago Albano se desbordó sobre las colinas circundantes, a pesar de que no había lluvia ni afluentes que desembocaran en él que explicaran el aumento del nivel del agua. ^{[ 2 ]} La inundación resultante destruyó campos y viñedos antes de finalmente verterse al mar. Se cree que este evento fue causado por gases volcánicos, atrapados en los sedimentos del fondo del lago y que se acumularon gradualmente hasta liberarse repentinamente, provocando el desbordamiento del agua. ^{[ 3 ]}

En la historia reciente, este fenómeno se ha observado dos veces. ^{[ 4 ]} La primera erupción límnica registrada ocurrió en Camerún , en el lago Monoun , en 1984, causando asfixia y muerte a 37 personas que vivían cerca. ^{[ 5 ]} Una segunda erupción, más mortífera, _ocurrió en el vecino lago Nyos en 1986, liberando más de 80 millones de m³ ^de CO₂ , matando a alrededor de 1700 personas y 3000 cabezas de ganado, también por asfixia. ^{[ 6 ]}

Un tercer lago, el mucho más grande lago Kivu , se ubica en la frontera entre la República Democrática del Congo y Ruanda , y contiene enormes cantidades de CO₂ _disuelto . Las muestras de sedimentos tomadas del lago revelaron que un evento provocaba la extinción de las criaturas que lo habitaban aproximadamente cada 1000 años, y que la vegetación cercana era arrastrada de vuelta al lago. Las erupciones límnicas pueden detectarse y cuantificarse en una escala de concentración _de CO₂ mediante el análisis de muestras de aire de la región afectada. ^{[ 7 ]}

Los depósitos fósiles de la fosa de Messel , en Alemania , muestran evidencia de una erupción límnica ocurrida a principios del Eoceno . Entre las víctimas se encuentran insectos , ranas , tortugas , cocodrilos , aves , osos hormigueros , insectívoros , primates primitivos y paleoterios perfectamente conservados .

Para que un lago sufra una erupción límnica, el agua debe estar casi saturada de gas. _El CO₂ fue el componente principal en los dos casos observados, el lago Nyos y el lago Monoun. En el caso del lago Kivu, los científicos, incluido el físico lacustre Alfred Johny Wüest, también estaban preocupados por las concentraciones de metano . ^{[ 8 ] [ 9 ]} _El CO₂ puede provenir de gases volcánicos emitidos desde debajo del lago o de la descomposición de materia orgánica.

Antes de que un lago se sature, se comporta como un refresco carbonatado sin abrir : el CO₂ está disuelto en el agua. Tanto en lagos como en refrescos, _el CO₂ se disuelve mucho más fácilmente a mayor presión debido a la _ley de Henry . Cuando se libera la presión, el CO₂ sale de la solución en forma de burbujas de gas que ascienden a la superficie. _El CO₂ también se disuelve más fácilmente en aguas más frías, por lo que los lagos muy profundos pueden disolver grandes cantidades de CO₂ _, ya que la presión aumenta y la temperatura disminuye con la profundidad. Un pequeño aumento en _la temperatura del agua puede provocar la liberación de una gran cantidad de CO₂ _.

Una vez que un lago está saturado, es muy inestable, pero se necesita un desencadenante para que se produzca una erupción. ^{[ 10 ]} En el caso de la erupción del lago Nyos de 1986, se sospechaba que los deslizamientos de tierra fueron los desencadenantes, pero una erupción volcánica, un terremoto o incluso tormentas de viento y lluvia pueden ser desencadenantes potenciales. Las erupciones límnicas también pueden ser causadas por la saturación gradual de gas a profundidades específicas que desencadenan el desarrollo espontáneo de gas. ^{[ 11 ]} Independientemente de la causa, el desencadenante empuja el agua saturada de gas hacia arriba en el lago, donde la presión reducida es insuficiente para mantener el gas en solución. La flotabilidad de las burbujas resultantes eleva el agua aún más, liberando aún más burbujas. Este proceso forma una columna de gas, en cuyo punto el agua del fondo es succionada hacia arriba y también pierde CO ₂ en un proceso descontrolado. Esta erupción descarga el gas al aire y puede desplazar suficiente agua como para formar un tsunami .

Las erupciones límnicas son excepcionalmente raras por varias razones. Primero, debe existir una fuente de CO₂; las regiones con actividad volcánica son las que corren mayor riesgo. Segundo, la gran mayoría de los lagos son _{holomícticos} ( sus capas se mezclan regularmente), lo que impide la acumulación de gases disueltos. Solo los lagos meromícticos están estratificados , lo que permite que _el CO₂ permanezca disuelto. Se estima que existe solo un lago meromíctico por cada 1000 lagos holomícticos. ^{[ 12 ]} Finalmente, un lago debe ser muy profundo para tener agua con la presión suficiente para disolver grandes cantidades de CO₂ _.

Una vez que ocurre una erupción, se forma una gran nube de CO₂ sobre el lago que se expande hacia la región circundante. Debido a que _el CO₂ _es más denso que el aire, tiende a descender al suelo, desplazando el aire respirable y provocando asfixia . El CO₂ _puede acidificar los fluidos corporales humanos y potencialmente causar intoxicación _por CO₂ _{. Al jadear en busca de aire, las} víctimas aceleran la asfixia al inhalar CO₂ .

En el lago Nyos, la nube de gas descendió a un pueblo cercano donde se posó, matando a casi todos; se reportaron víctimas hasta a 25 km (16 mi) . ^{[ 13 ]} Un cambio en el color de la piel en algunos cuerpos llevó a los científicos a plantear la hipótesis de que la nube de gas pudo haber contenido ácido disuelto, como cloruro de hidrógeno , aunque esta hipótesis es cuestionada. ^{[ 14 ]} Muchas víctimas fueron encontradas con ampollas en la piel, que se cree que fueron causadas por úlceras por presión , probablemente causadas por bajos niveles de oxígeno en la sangre en aquellos asfixiados por dióxido de carbono. ^{[ 15 ]} La vegetación cercana no se vio afectada en gran medida, excepto la que crecía inmediatamente adyacente al lago. Allí, la vegetación fue dañada o destruida por un tsunami de 24 metros (79 pies) de altura causado por la violenta erupción. ^{[ 16 ]}   

Se están realizando esfuerzos para desarrollar una solución que permita eliminar el gas de estos lagos y prevenir su acumulación, lo que podría provocar otro desastre. Un equipo liderado por el científico francés Michel Halbwachs comenzó a experimentar en los lagos Monoun y Nyos en 1990, utilizando sifones para desgasificar sus aguas de forma controlada. ^{[ 17 ]} El equipo colocó un tubo verticalmente en el lago, con su extremo superior por encima de la superficie del agua. El agua saturada con _CO₂ entra por la parte inferior del tubo y asciende hasta la superficie. La menor presión en la superficie permite que el gas se libere. Inicialmente, solo se debe bombear mecánicamente una pequeña cantidad de agua a través del tubo para iniciar el flujo. A medida que el agua saturada asciende, el _CO₂ se libera y forma burbujas. La flotabilidad natural de las burbujas impulsa el agua hacia arriba a gran velocidad, creando una fuente en la superficie. El agua desgasificada actúa como una bomba, atrayendo más agua hacia la parte inferior del tubo y generando un flujo autosostenible. Este es el mismo proceso que conduce a una erupción natural, pero en este caso está controlado por el tamaño de la tubería.

Cada tubería tiene una capacidad de bombeo limitada, y se necesitarían varias para desgasificar una fracción significativa del agua profunda de los lagos Monoun y Nyos y así garantizar su seguridad . El agua profunda de estos lagos es ligeramente ácida debido al CO₂ disuelto , lo que provoca corrosión en las tuberías y los equipos electrónicos , requiriendo un mantenimiento constante. Existe cierta preocupación de que el CO₂ _{de las tuberías se deposite en la superficie del lago ,} formando una fina capa de aire irrespirable y, por lo tanto, causando posibles problemas a la fauna silvestre.

En enero de 2001, el equipo franco-camerunés instaló una tubería en el lago Nyos, y en 2011 se instalaron dos más con el apoyo financiero del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo . ^{[ 18 ] [ 19 ]} En 2003 se instaló una tubería en el lago Monoun y en 2006 se añadieron dos más. ^{[ 18 ] [ 19 ]} Se cree que estas tres tuberías son suficientes para evitar un aumento en los niveles _de CO₂ , eliminando aproximadamente la misma cantidad de gas que ingresa naturalmente en el lecho del lago. En enero de 2003, se aprobó un proyecto de 18 meses para desgasificar completamente el lago Monoun, ^{[ 20 ]} y desde entonces el lago se ha vuelto seguro. ^{[ 18 ]}

Hay cierta evidencia de que el lago Michigan en los Estados Unidos se desgasifica espontáneamente a una escala mucho menor cada otoño. ^{[ 21 ]}

El lago Kivu no solo es aproximadamente 1700 veces más grande que el lago Nyos , sino que también se encuentra en una zona mucho más densamente poblada, con más de dos millones de personas viviendo a lo largo de sus orillas. La parte que se encuentra dentro de la República Democrática del Congo es un lugar de conflicto armado activo y la capacidad estatal del gobierno de la RDC es baja, lo que dificulta tanto los estudios como cualquier acción de mitigación posterior. El lago Kivu aún no ha alcanzado un alto nivel de saturación _de CO₂ ; si el agua llegara a saturarse en exceso, una erupción límnica representaría un gran riesgo para la vida humana y animal, pudiendo causar la muerte de millones de personas. ^{[ 22 ]}

Dos cambios significativos en el estado físico del lago Kivu han llamado la atención sobre una posible erupción límnica: las altas tasas de disociación de metano y el aumento de la temperatura superficial. ^{[ 23 ]} Las investigaciones que analizan las temperaturas históricas y actuales muestran que la temperatura superficial del lago Kivu está aumentando aproximadamente 0,12  °C por década. ^{[ 23 ]} El lago Kivu está muy cerca de posibles desencadenantes: el monte Nyiragongo (un volcán activo que entró en erupción en enero de 2002 y mayo de 2021), una zona sísmica activa y otros volcanes activos. ^{[ 24 ]}

Aunque el lago podría desgasificarse de forma similar a los lagos Monoun y Nyos, debido al tamaño del lago Kivu y al volumen de gas que contiene, dicha operación sería costosa, ascendiendo a millones de dólares. Un plan iniciado en 2010 para utilizar el metano atrapado en el lago como fuente de combustible para generar electricidad en Ruanda ha llevado a cierto grado de desgasificación de CO₂ _. ^{[ 25 ]} Durante el procedimiento para extraer el gas metano inflamable utilizado para alimentar las centrales eléctricas en la orilla, se elimina parte del _CO₂ en un proceso conocido como lavado catalítico . No está claro si se eliminará suficiente gas para eliminar el peligro de una erupción límnica en el lago Kivu.

• Géiser de agua fría
• Mazuku
• Tsunamis en lagos

• Página del equipo que desgasifica el lago Nyos.
• El asesino silencioso de Lake será desarmado.
• Lago Nyos (1986) Archivado el 11/07/2019 en Wayback Machine
• Desgasificación del lago Nyos
• Descifrando los peligrosos lagos de Camerún
• Schmid, Martin; Lorke, Andreas; Wüest, Alfred; Halbwachs, Michel; Tanyileke, Gregory (2003). "Desarrollo y análisis de sensibilidad de un modelo para evaluar la estratificación y la seguridad del lago Nyos durante la desgasificación artificial" (PDF) . Ocean Dynamics . 53 (3): 288. Bibcode : 2003OcDyn..53..288S . doi : 10.1007/s10236-003-0032-0 . S2CID 129370770 . 
• Lorke, Andreas; Tietze, Klaus; Halbwachs, Michel; Wüest, Alfred (2004). "Respuesta de la estratificación del lago Kivu al flujo de lava y al calentamiento climático" . Limnología y Oceanografía . 49 (3): 778–83 . Bibcode : 2004LimOc..49..778L . CiteSeerX 10.1.1.487.7647 . doi : 10.4319/lo.2004.49.3.0778 . S2CID 140538251 .  
• Lago Monoun. Archivado el 10 de octubre de 2012 en Wayback Machine.
• La BBC desgasifica el "lago asesino" de Camerún.
• Utilizar la ciencia para resolver problemas: Los lagos asesinos de Camerún