Columna de erupción

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

Un fenómeno habitual en las erupciones explosivas es el colapso de la columna, que se produce cuando la columna es o se vuelve demasiado densa para ser elevada por convección del aire y, en su lugar, cae por las laderas del volcán para formar flujos o mareas piroclásticas (aunque estas últimas son menos densas). En algunas ocasiones, si el material no es lo suficientemente denso para caer, puede crear nubes pirocumulonimbus .

Las columnas de erupción se forman en la actividad volcánica explosiva, cuando la alta concentración de materiales volátiles en el magma ascendente hace que se rompa 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 elevarse rápidamente a alturas de varios kilómetros, levantadas 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 explosiones discretas poco espaciadas.

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 empujado violentamente hacia arriba y sale del cráter por la presión de los gases que se expanden rápidamente, principalmente vapor. Los gases se expanden porque la presión de la roca que está sobre ellos se reduce rápidamente a medida que se acerca a la superficie. Esta región se denomina región de empuje de gas y normalmente llega a solo uno o dos kilómetros por encima del respiradero.
• La región de empuje convectivo cubre la mayor parte de la altura de la columna. La región de empuje de gas es muy turbulenta y el aire circundante se mezcla con ella y se calienta. El aire se expande, reduciendo su densidad y ascendiendo. El aire ascendente arrastra hacia arriba todo el material sólido y líquido de la erupción que lleva dentro.
• A medida que la columna se eleva hacia un aire circundante menos denso, alcanzará finalmente una altitud en la que el aire caliente que asciende tendrá la misma densidad que el aire frío circundante. En esta región de flotabilidad neutra, el material erupcionado ya no ascenderá por convección, sino únicamente por cualquier impulso ascendente que tenga. Esto se denomina región de paraguas y suele estar marcado por la columna que se extiende lateralmente. El material erupcionado y el aire frío circundante tienen la misma densidad en la base de la región de paraguas, y la parte superior está marcada por la altura máxima a la que el impulso lleva el material hacia arriba. Debido a que las velocidades son muy bajas o insignificantes en esta región, a menudo se ve distorsionada por los vientos estratosféricos.

La columna dejará de ascender una vez que alcance una altitud en la que sea más densa que el aire circundante. Varios factores controlan la altura que puede alcanzar una columna de erupción.

Los factores intrínsecos incluyen el diámetro del respiradero en erupción, el contenido de gas del magma y la velocidad a la que se expulsa. Los factores extrínsecos pueden ser importantes, ya que los vientos a veces limitan la altura de la columna y el gradiente de temperatura térmica local también juega un papel. La temperatura atmosférica en la troposfera normalmente disminuye alrededor de 6-7 K / km, pero pequeños cambios en este gradiente pueden tener un gran efecto en la altura final de la columna. Teóricamente, se cree que la altura máxima alcanzable de la columna es de unos 55 km (34 mi). En la práctica, se observan alturas de columna que varían de aproximadamente 2 a 45 km (1,2 a 28,0 mi).

Las columnas de erupción con alturas de más de 20-40 km (12-25 mi) atraviesan la tropopausa e inyectan partículas en la estratosfera . Las cenizas y los aerosoles en la troposfera son rápidamente eliminados 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 cayeron alrededor de 0,5 °C (0,90 °F). Se cree que las erupciones más grandes causan caídas de temperatura de varios grados y son potencialmente la causa de algunas de las extinciones masivas conocidas .

La altura de las columnas de erupción es una forma útil de medir la intensidad de las erupciones, 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, dadas 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 que no se han observado se puede estimar trazando un mapa de la distancia máxima que los piroclastos de diferentes tamaños son transportados desde el respiradero: cuanto más alta sea la columna, más material expulsado de una masa particular (y, por lo tanto, de un tamaño) puede ser transportado.

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 masiva.

ΔT es la diferencia de temperatura entre el magma en erupción y la atmósfera circundante.

Las columnas de erupción pueden llegar a estar tan cargadas de material denso que sean demasiado pesadas para ser sostenidas por corrientes de convección. Esto puede suceder repentinamente si, por ejemplo, la velocidad a la que se expulsa magma aumenta hasta un punto en el que no se arrastra suficiente aire para sostenerlo, o si la densidad del magma aumenta repentinamente a medida que se extrae magma más denso de las regiones inferiores de una cámara de magma estratificada .

Si esto sucede, 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 o oleada piroclástica que puede viajar por las laderas de un volcán a velocidades de más de 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 crean columnas.

Varias erupciones han puesto en grave peligro a las aeronaves que han entrado en contacto con la columna de erupción o han pasado por ella. En dos incidentes separados en 1982, aviones de pasajeros volaron hacia las partes altas de una columna de erupción desprendida por el monte Galunggung , y las cenizas dañaron gravemente a ambas aeronaves. Los peligros particulares fueron la ingestión de cenizas que paralizaron los motores, el chorro de arena de las ventanas de la cabina de mando que las dejó opacas en gran parte y la contaminación del combustible por la ingestión de cenizas a través de los conductos de presurización. El daño a los motores es un problema particular ya que las temperaturas dentro de una turbina de gas son lo suficientemente altas como para que la ceniza volcánica se funda en la cámara de combustión y forme una capa de vidrio en los componentes que se encuentran más abajo, por ejemplo en las palas de la turbina.

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

En 1989, una columna de erupción sobre el volcán Redoubt en Alaska causó daños similares a aeronaves. 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 1.000 km (620 mi) del volcán.

Las columnas de erupción no suelen ser visibles en los radares meteorológicos y pueden quedar ocultas por las nubes o por la noche. ^[3] Debido a los riesgos que plantean las columnas de erupción a la aviación, existe una red de nueve Centros de Aviso de Cenizas Volcánicas en todo el mundo que monitorean continuamente las columnas de erupción utilizando datos de satélites, informes terrestres, informes de pilotos y modelos meteorológicos. ^[4]

• Criovolcán
• Encélado : una luna volcánicamente activa del planeta Saturno
• Monte Pelée
• Pelé (volcán)
• Erupción del volcán Peléan
• Erupción pliniana

• Casadevall TJ; Delos Reyes PJ; Schneider DJ (1993). "Las erupciones del Pinatubo de 1991 y sus efectos en las operaciones de las aeronaves". Fuego y lodo: erupciones y lahares del monte Pinatubo, Filipinas . Servicio Geológico de 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.^{[ enlace muerto permanente ]}
• Glaze LS; Baloga SM (1996). "Sensibilidad de las alturas de las columnas flotantes a las condiciones atmosféricas ambientales: implicaciones para las columnas de erupciones volcánicas". Revista de investigación geofísica . 101 (D1): 1529–1540. Código Bibliográfico :1996JGR...101.1529G. doi :10.1029/95JD03071.
• Scase, MM (2009). "Evolución de las columnas de erupción volcánica". Journal of Geophysical Research . 114 (F4): 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 mediante la dinámica y la energía de las erupciones". Revista de investigación geofísica . 83 (B4): 1829–1836. Bibcode :1978JGR....83.1829W. CiteSeerX  10.1.1.550.7357 . doi :10.1029/JB083iB04p01829.

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• Información del USGS
• Descripción de la columna de erupción de Galunggung