This is an authorized translation of an Eos article. Esta es una traducción al español autorizada de un artículo de Eos.
El año pasado, científicos y estudiantes de la Universidad de Buffalo se pusieron trajes protectores de aluminio y se acercaron al material fundido que expulsaba el volcán islandés Litli-Hrútur.
“Suena como una máquina excavadora de vidrios rotos que se dirige hacia ti”, dijo el vulcanólogo Stephan Kolzenburg.
Aunque la mayoría de la gente evitaría acercarse a un volcán, el equipo tenía una razón importante para estar allí: probar un nuevo dispositivo, un penetrómetro que mide la viscosidad de la lava. Un nuevo estudio publicado en Review of Scientific Instruments discute el penetrómetro y los datos que obtuvo en su primera prueba en campo, información nunca antes obtenida de un flujo de lava activo.
Limitaciones de la lava de laboratorio
La lava es una mezcla de tres fases: fundido, o roca fundida; burbujas, o gas contenido en el fundido; y cristales, o materiales solidificados y enfriados. El conocer la viscosidad de la lava es clave para comprender mejor la velocidad a la que ésta fluye. La lava de mayor viscosidad es espesa y pegajosa; la de menor viscosidad se mueve más como un líquido, o como un “río de fuego”.
La composición y viscosidad de la lava varían no sólo entre volcanes, sino también con distintas características de un mismo volcán, señaló Alan Whittington, vulcanólogo que no participó en el nuevo estudio. Por ejemplo, “la lava caliente suele ser muy fluida”, explicó. “A medida que la lava se enfría se vuelve muy, muy rígida”.
Debido a esta complejidad—por no mencionar los peligros de estar tan cerca de un material impredecible a más de 1000 °C—los experimentos para medir la viscosidad de la lava han sido limitados. Los anteriores estudios de campo y dispositivos de viscosidad sólo revelaron información sobre la lava en un lugar y momento concretos.
La mayor parte de la investigación sobre la viscosidad de la lava se realiza en un laboratorio, donde los científicos pueden crear su propia lava. Aunque este tipo de experimento proporciona información importante sobre el comportamiento de la lava en la naturaleza, esta sigue siendo una tarea muy controlada.
“Podemos volver a fundir las rocas que encontremos y luego bajar la temperatura en el laboratorio y empezarán a cristalizar”, explicó Kolzenburg, uno de los autores del reciente estudio. Sin embargo, como estos experimentos se realizan a presión atmosférica, las sustancias volátiles, como los gases, crearán burbujas que se disolverán, “y al igual que una lata de refresco al cabo de unas horas, se desinflará. No podemos contener los volátiles en el laboratorio”, explicó.
Construyendo de un mejor penetrómetro
Debido a las limitaciones del laboratorio y para comprobar los datos obtenidos en experimentos anteriores con lava artificial, se necesitaba una nueva herramienta para medir la viscosidad de la lava en el campo. Los estudiantes trabajaron con maquinistas de la Universidad de Buffalo para construir prototipos. “El objetivo era construir un dispositivo portátil capaz de medir la viscosidad de un material en un volumen relativamente grande”, explica Martin Harris, candidato a doctor y autor principal del reciente estudio.
Una vez que estuvieron satisfechos con el diseño de su penetrómetro, un dispositivo de acero inoxidable con forma de desbrozadora, lo probaron con sustancias de distinta viscosidad: “Silly Putty o geles similares que pudimos conseguir”, señala Harris.
El penetrómetro tenía que ser lo bastante largo para que el usuario pudiera situarse a una distancia cercana pero segura, y lo bastante portátil para que pudiera ser manejado por investigadores de distintas tallas y fuerzas físicas. No podía fundirse una vez que tocara la lava.
“Al final, las mediciones en sí no llevan tanto tiempo. Estás midiendo por unos 30 segundos, y puedes dar un paso atrás, bajarlo y descansar un poco, y luego volver a empezar. No es algo que deba mantenerse durante 10 minutos de fuerza realmente intensa”, explica Harris.
El nuevo penetrómetro de lava funciona midiendo la cantidad de fuerza que necesita la herramienta para introducirse en un material, así como el tiempo que tarda en llegar a una determinada profundidad. Estas dos propiedades, fuerza y desplazamiento, determinan la viscosidad del material circundante. El aparato en sí consta de un tubo largo unido a un calibrador que mide la fuerza de compresión. Encima del tubo, una segunda varilla metálica recorre una pista de rodamientos para medir el desplazamiento.
Un exitoso primer ensayo de campo y más allá
Las mediciones realizadas en Islandia el año pasado mostraron una amplia gama de viscosidades de la lava, de 300 a 34,000 pascales-segundo, lo que significa que parte de la lava era más fluida y parte más rígida, en un rango de temperaturas de 1,148 °C a 1,165 °C.
“[El penetrómetro de lava es] un complemento excelente de la teledetección y de los experimentos de laboratorio con los que contamos actualmente. No sustituye a ninguno de ellos. Pero va a producir un montón de nuevos y magníficos datos”.
“Lo interesante para mí es lo variable que puede ser el flujo cuando realmente empiezas a empujar dentro de él”, dijo Whittington. “Creo que hay mucho que aprender. [El penetrómetro de lava es] un complemento excelente de la teledetección y de los experimentos de laboratorio con los que contamos actualmente. No sustituye a ninguno de ellos. Pero va a producir un montón de nuevos y magníficos datos”.
El próximo objetivo de Harris y su equipo de Buffalo es colaborar con observatorios volcánicos de todo el mundo, como el de la isla de La Reunión, y formar a otros investigadores en el uso del penetrómetro. “En última instancia, eso facilitará la realización de más estudios y una mayor cantidad de datos globales sobre la viscosidad de la lava—una mejor comprensión de cuál es su viscosidad cuando sale a la superficie. La única forma de conseguirlo es que más gente utilice estos instrumentos”.
—Rebecca Owen (@beccapox), Escritora de ciencia
This translation by Rodrigo Gutiérrez-Navarro was made possible by a partnership with Planeteando and GeoLatinas. Esta traducción fue posible gracias a una asociación con Planeteando y GeoLatinas.
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