Las leyes de fricción, probadas en un cráter volcánico en colapso

Una vista aérea de gran angular mira al sureste sobre la caldera de la cumbre de Kilauea el 22 de julio de 2021. Los grandes acantilados formados durante los colapsos de 2018 son visibles en el lado izquierdo de la foto. - M. PATRICK, USGS

   MADRID, 29 Jul. (EUROPA PRESS) -

   Un nuevo análisis del colapso de la caldera del volcán Kilauea (Hawai) en 2018 ayuda a confirmar el paradigma científico dominante sobre cómo funciona la fricción en las fallas sísmicas.

   El modelo cuantifica las condiciones necesarias para iniciar el tipo de colapso de la caldera que sostiene erupciones grandes y dañinas de volcanes basálticos como Kilauea y podría ayudar a informar la predicción y la mitigación.

   El 30 de abril de 2018, en el flanco oriental del volcán Kilauea de Hawai, la lava se drenó repentinamente de un cráter que había estado arrojando lava durante más de tres décadas. Luego, el suelo del cráter cayó.

   En 48 horas, el lago de lava en la cima de Kilauea, 18 kilómetros al noroeste, comenzó a caer cuando el magma se escurrió en las tuberías del volcán. Pronto, se abrieron nuevas grietas a una distancia similar al este y la lava fundida brotó, se arrastró por las carreteras, quemó árboles e incendió postes de energía.

   Durante tres meses, Kilauea escupió suficiente lava para llenar 320.000 piscinas olímpicas, destruyó más de 700 hogares y desplazó a miles de personas. El paisaje de la cumbre en sí se transformó cuando su cráter colapsó hasta 500 metros durante el verano de una manera que los científicos apenas están comenzando a comprender.

   "En los 60 años completos de instrumentación geofísica moderna de volcanes, solo hemos tenido media docena de colapsos de calderas", dijo en un comunicado el geofísico de la Universidad de Stanford Paul Segall, autor principal de un nuevo estudio en Proceedings of the National Academy of Sciences.

   Los resultados pueden ayudar a informar las futuras evaluaciones de peligros y los esfuerzos de mitigación en torno a las erupciones volcánicas. "Mejorar nuestra comprensión de la física que gobierna los colapsos de calderas nos ayudará a comprender mejor las condiciones bajo las cuales son posibles los colapsos y pronosticar la evolución de una secuencia de colapso una vez que comience", dijo el coautor Kyle Anderson, geofísico del Servicio Geológico de EE.UU. que formó parte del equipo que trabajó en el sitio en Kilauea durante la erupción de 2018.

   Un factor clave que controla el colapso de las calderas volcánicas y la ruptura de fallas sísmicas en todo el mundo es la fricción. Es omnipresente en la naturaleza y en nuestra vida cotidiana, y entra en juego cada vez que dos superficies se mueven entre sí. Pero las interacciones entre superficies son tan complejas que, a pesar de siglos de estudio, los científicos aún no comprenden completamente cómo se comporta la fricción en diferentes situaciones. "No es algo que podamos predecir por completo utilizando sólo ecuaciones. También necesitamos datos de experimentos", dijo Segall.

   Los científicos que buscan comprender el papel de la fricción en los terremotos generalmente realizan estos experimentos en laboratorios utilizando losas de roca apenas más grandes que una puerta y, a menudo, más cercanas al tamaño de una baraja de cartas.

   "Uno de los grandes desafíos en la ciencia de los terremotos ha sido tomar estas leyes de fricción y los valores que se encontraron en el laboratorio, y aplicarlos a, digamos, la falla de San Andrés, porque es un enorme salto de escala", dijo Segall, profesor de geofísica en la Escuela de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford (Stanford Earth).

   En el nuevo estudio Segall y Anderson examinan el deslizamiento y la adherencia del bloque de colapso del volcán Kilauea, un trozo de corteza de cinco millas a la redonda y media milla de profundidad, para caracterizar la fricción a una escala mucho mayor. "Nos propusimos desarrollar un modelo matemático de ese colapso, muy simplificado, pero utilizando la comprensión moderna de la fricción", dijo Segall.

   La caldera de Kilauea se derrumbó no en un suave descenso, sino como un pistón pegajoso. Aproximadamente cada día y medio, el bloque de colapso cayó casi dos metros y medio en cuestión de segundos y luego se detuvo. Eso es porque cuando el magma en la cámara debajo de la caldera surgió a las fisuras en el flanco este inferior de Kilauea, quitó el soporte para la roca suprayacente. "Eventualmente, la presión se vuelve lo suficientemente baja como para que el piso se caiga y comience a colapsar, como un sumidero", dijo Segall.

   Para cuando terminó la erupción de Kilauea en 2018, los eventos de colapso en forma de pistón del volcán se repitieron 62 veces, cada uno provocando un terremoto y cada movimiento rastreado al milímetro cada cinco segundos por una serie de 20 instrumentos del sistema de posicionamiento global (GPS). Durante las primeras docenas de eventos de colapso, la geometría de las superficies rocosas cambió, pero se mantuvieron estables durante los últimos 30 descensos detenidos.

   La nueva investigación muestra que para este tipo de erupción, cuando el respiradero eruptivo está a una elevación más baja, conduce a una mayor caída de presión debajo del bloque de caldera, lo que aumenta la probabilidad de que comience un evento de colapso. Una vez que se inicia el colapso, el peso del enorme bloque de caldera mantiene la presión sobre el magma, forzándolo al lugar de la erupción. "Si no fuera por el colapso, la erupción sin duda habría terminado mucho antes", dijo Segall.

   El análisis de Segall y Anderson del tesoro de datos del colapso de la caldera de Kilauea confirma que, incluso a la gran escala de este volcán, las formas en que las diferentes superficies rocosas se deslizan y se deslizan unas sobre otras o se pegan a diferentes velocidades y presiones a lo largo del tiempo son muy similares a las que los científicos han encontrado en experimentos de laboratorio a pequeña escala.