La Tierra comenzó su formación a partir de la "Nebulosa Solar", constituida por hidrógeno y helio, tal vez hace unos cinco mil millones de años. En un comienzo ella estuvo muy caliente y se estima que hasta hace 100 millones de años, aún tenía una temperatura de unos 5.000 grados Kelvin. Durante este tiempo comenzó a formarse su estructura en capas, con un núcleo que ahora representa un tercio de su masa, un manto caliente y una corteza (Formación de la Tierra). El proceso no ha terminado y aún continúa evolucionando. Los terremotos y las erupciones volcánicas son una demostración de ello. Sus placas superficiales continúan moviéndose y los continentes siguen cambiando de forma y las mismas rocas están continuamente erosionándose, reformándose y reciclándose.

En esta evolución los volcanes nos presentan una interesante y espectacular conexión entre el interior de la Tierra y su superficie. Como resultado del movimiento de las placas tectónicas y los movimientos convectivos profundos en el manto de la Tierra, se acumulan a muchos kilómetros bajo la superficie, rocas fundidas llamadas magma, a una temperatura que aún sobrepasa los 1.400° C. En este proceso se han formado cámaras separadas de magma caliente, que por cientos de miles de años, han permanecido enfriándose y cristalizando bajo la costra que es más fría.


Por que explotan

Muchos de los cristales que precipitan de este material fundido, contienen poco agua, o simplemente son anhídridos. En esta forma, el contenido de agua que va quedando en el fundido, va aumentando en su concentración. Eventualmente en la mezcla, el agua alcanza el nivel de saturación, y por ello en la magma comienzan a formarse burbujas de vapor. Son estas burbujas las que aumentan la presión dentro de una cavidad cerrada. Llega así un momento en que la mezcla alcanza una sobrepresión tal, que presiona sobre la corteza de la Tierra, fracturándola y arrojando hacia la superficie la mezcla de magma y burbujas: "un volcán entra en erupción".

Otras veces una cámara de magma vecina, inyecta su contenido en otra cámara primitiva, lo que también hace que aumente la presión de la primera, hasta llegar a fracturar la superficie. En uno u otro caso, se inicia una erupción.

Es así como el reservorio de magma puede estar a una profundidad de 7 a 10 kilómetros bajo la superficie de la Tierra, y para abrirse paso, quiebra esta a través de un pasaje central o conducto cuyo diámetro puede variar entre diez a cientos de metros (fig. 1).

En la medida que el magma viaja hacia la superficie, el tipo de erupción puede variar entre una fuerte explosión o un simple deslizamiento del magma por la ladera del volcán. Todo depende de la cantidad de vapor de agua y otros gases disueltos en el magma. En la medida que estas rocas fundidas (magma), viajan hacia la superficie, la presión va disminuyendo y los vapores forman burbujas. Si el gas se escurre gradualmente, la lava puede fluir por la ladera del volcán en forma lenta. Pero si el gas queda atrapado en el magma hasta cuando éste alcanza la superficie, al salir, resulta una enorme explosión. En realidad es como una botella de champagne: si la presión interior es liberada bruscamente, salta el corcho y se forman las burbujas con una abundante espuma. En cambio si la botella se abre gradualmente, el líquido y las burbujas salen armónicamente. En el caso del champagne, es bueno que salte el corcho y produzca un estallido. Ello produce alegría, pero para el caso de los volcanes, esto puede ser intespectivo y desastroso (fig. 2).

Dentro de la cámara en que está contenido el magma, la presión puede ser 1.000 veces superior a la presión atmosférica, lo que lleva a un aumento del volumen del gas en un factor de 100 a 1.000, dependiendo del diámetro del surgidero. De esta dinámica depende la intensidad de la erupción (Science, N° 7, 1996, pág. 20).


Volcanes violentos y volcanes escurridizos

Los volcanes son veleidosos. A veces eructan suavemente, como quien aprieta un tubo de pasta de dientes. Pero otras veces la explosión puede ser violenta e inesperada, produciendo grandes daños. Más aún, el mismo volcán después de un tiempo de calma, puede tener erupciones diferentes, ya sea escurriendo el magma o explotando. Los volcanólogos, a pesar de lo mucho que han estudiado el proceso, aún no son capaces de predecir una erupción, ni tampoco la forma de ella. Sin embargo algunos son optimistas ya que creen que con sus estudios, algún día se podrán predecir las explosiones, o provocarlas gradualmente, según convenga para prevenir daños y muertes.

Desgraciadamente sus estudios tienen que basarse sólo en información indirecta. Nadie ha podido hacer un corte de un volcán y ver qué sucede en su interior. Hasta ahora se basan en modelos computacionales, cuyos datos a su vez se basan en muchas presunciones. En 1993 el geofísico Alex Proussevich y Drok Sahagian de la Universidad de New Hampshire, Durham, publicó un sofisticado modelo (New Scientist, Octubre 26, 1996, pág. 28). Sus ecuaciones demuestran en detalle lo que muchos investigadores ya sospechaban: "la viscosidad del magma es crucial". Para que escape el gas, este debe expanderse a través del magma y acumularse en burbujas. Pero para formarse y crecer, las burbujas tienen que presionar sobre las paredes, del grueso y viscoso magma. A mayor viscosidad, más difícil es que se formen y crezcan las burbujas. El gas queda atrapado dentro del magma hasta tal punto que llega a explotar hacia la superficie. Por el contrario, si el magma es poco denso, las burbujas crecen y se mueven fácilmente en el líquido. Como resultado, el gas sale y se disipa rápidamente fluyendo a través de las laderas del volcán.

Estos mismos investigadores han perfeccionado su modelo y dicen que pueden estimar cuánta ceniza y rocas lanzará el volcán, como también otras variables como la velocidad y duración de la erupción. Proussevich dice: "estamos muy cerca de llegar a predecir la erupción y el estilo de ella".

Para tener un modelo preciso se requiere mucha y muy acuciosa información. Varios laboratorios están trabajando para medir la viscosidad del magma, basándose principalmente en erupciones pasadas. Así, por ejemplo, Dong Dingwell y sus colaboradores de la Universidad de Bayreuth en Alemania, funden en hornos muestras de rocas y miden su viscosidad acuciosamente. Otros tratan de determinar el tamaño de las cámaras donde se acumula el magma, y otros en fin estudian la formación de sus cristales.

A pesar de estos esfuerzos, aún quedan muchas preguntas que resolver y una de ellas es cómo se forman las burbujas y cómo el magma al interior del volcán, cambia de un líquido burbujeante a un explosivo de rocas y cenizas. A este proceso, que no está bien conocido, se le ha llamado fragmentación. Hasta ahora los geólogos lo discuten y en realidad no conocen los detalles de cómo sucede. En la medida que los vapores de agua van agrandando las burbujas, menos moléculas de agua quedan disueltas en el magma, haciéndolo más denso y pegajoso. Por otra parte, la sola presencia de burbujas hacen que el magma sea más viscoso, tal como sucede al batir las claras de huevos. Finalmente, la fuerza de las burbujas que están creciendo, llega a exceder la fuerza del magma que las rodea. La espuma del magma, ahora demasiado rígida, mezclada con las nubes de ceniza y gas, erupcionaría a la superficie, con una enorme fuerza y velocidad.

Pero ¿cómo se fragmenta realmente el magma?. Una teoría alternativa sugiere que los líquidos pueden algunas veces actuar como sólidos. Así por ejemplo, el vidrio, aunque muy lentamente, fluye como líquido, pero también puede fragmentarse si uno lo golpea. Pero ¿qué es lo que podría fragmentar el magma?. Una posibilidad es la repentina y rápida expansión de las burbujas, debido a una brusca caída de la presión.

"Si es que el magma se quiebra como un sólido, sería relativamente fácil predecir las condiciones necesarias para una erupción explosiva", dice Dingwell. Lo quebradizo sería función de la viscosidad, lo que podría culparse a partir de la temperatura y la química del magma. Estos datos podrían revelar cuánto y cuán rápido tendría que deformarse el magma para fragmentarse. Es algo que los investigadores han estudiado a través de remanentes microscópicos de burbujas de pasadas erupciones.

En todo caso, cualquiera que sea el mecanismo que produce las grandes explosiones, lo crucial es la cantidad de gas que existiría en el magma. Mientras más gas, más alta es la posibilidad de fragmentación y explosión. Esta diferente cantidad de gas, que puede variar en un determinado bolsón de magma, puede explicar por qué algunos volcanes a veces explotan violentamente y por qué en otras ocasiones en el mismo volcán, la lava fluye por sus laderas.


Desastre o diversión

La verdad es que aún falta mucho por conocer. Sin embargo Proussevich cree que llegará el día en que los volcanes podrían controlarse. El visualiza que sería posible abrir túneles en la tierra, a unos pocos cientos de metros y alcanzar el bolsón de magma por un costado, disminuyendo así la presión de unos 2 o 3 kilómetros de montaña. Esto permitiría descomprimirlo gradualmente, meses o años antes de que se produjera la erupción espontánea. En esta forma se controlaría la situación y e podría prevenir con tiempo a la población, para así evitar desastres mayores. Otros científicos tienen sus razones para pensar que la cosa no es tan sencilla. Por ahora sólo tenemos que observar qué nos depara cada erupción de cada volcán, la que puede ir desde un lindo espectáculo, como una atracción turística, a un tremendo desastre, no sólo local, sino que, también llegando a producir cambios en nuestra atmósfera, como sucedió con el volcán Pinatubo, a que se atribuye que sus cenizas hayan contribuido a enfriar la Tierra (El efecto invernadero).