Materiales volcánicos
Los materiales volcánicos de
forma general son: lava, gases y material piroclastico.
La lava es eyectada principalmente en actividades volcánicas efusivas o bien en las últimas fases de los episodios explosivos, fluyendo con velocidades lentas a moderadas. El material piroclástico y los gases que los arrastran, forman columnas y nubes de explosión en episodios explosivos, de los cuales se desprende el material piroclástico eyectado, que cae en forma de lluvia, o se eleva a capas altas de la atmosfera distribuyendose por muy amplias regiones. En tanto, otros materiales piroclásticos colapsan formando flujos que bajan velozmente por las laderas sobre extensas áreas. La inestabilidad de las laderas, asociada con la actividad volcánica, produce avalanchas que arrastran materiales volcánicos previos y, la lluvia y/o deshielos, inducidos por la actividad volcánica, acarrean lodos y detritos volcánicos a las corrientes fluviales formando flujos de lodo denominados lahares, que endurecen rápidamente como el cemento.
Materiales volcánicos ejectados por la actividad volcánica.
1. Flujos de lava.
Los flujos de lava suelen ser máficos, de erupciones tranquilas o de relativa baja explosividad (e.g. Stromboliana). Estas lavas suelen ser fluidas y se mueven a una velocidad entre 0.1 m/seg a 2.7 m/seg (equivalentes a 0.5 y 9.7 km/h), dependiendo de la viscosidad de la lava; entre menos viscosas, más rápido fluyen y por más largas distancias. Alcanzan velocidades de 10 a 300 m/h, dependiendo de la pendiente y grado de viscosidad; excepcionalmente en pendientes pronunciadas llegan a 30 km/h. La cantidad de gas disuelto en estas lavas es bajo, el magma que las alimenta es de alta temperatura y asciende rápidamente, disminuyendo la presión con la separación del gas disuelto con burbujeo. Estas condiciones inducen a erupciones espectaculares en forma de chorros en donde la lava es arrastrada por el gas volcánico, acompañada por algunos piroclastos. El gas aun contenido en los flujos de lava se libera durante su recorrido, cuya evidencia son las vesículas que se observan abundantemente en la parte superior, y más escasamente en la inferior de los flujos solidificados.
A. Flujo de lavas; B. Erupción de chorros de lava; C. Flujo basáltico del Xitle solidificado donde se observan las vesículas en parte superior.
Fotos A y B de Wikipedia; C. Flujo del Xitle en Ciudad Universitaria, Cd. de México.
En comparación las lavas silíceas son más viscosas, y tienen tienen por tanto un movimiento mucho más lento, y una distribución en área más restringida y con frecuencia obstruyen total o parcialmente los ventiladeros volcánicos.
+ Estructuras y morfologías del flujo de lavas.
Los flujos de lavas máficas son fluidos, no obstante, conforme transcurre el tiempo durante su flujo y se incrementa la distancia al ventiladero, la lava se va enfriando y perdiendo el gas en solución y con ello va aumentando su viscosidad, por lo que la superficie de su flujo adquiere distintas características.
- Lavas pahoe hoe (lobuladas) y acordonadas. Las lavas máficas más cercanas a las salidas del conducto fluyen
más fácilmente que las que están más alejadas, formando superficies de flujo
suaves y lobuladas llamadas pahoehoe, término del hawaiiano, que significa lava
lisa, suave o sin romper. Una variante de esta lava es la acordonada en
referencia a la forma que presenta la superficie como si estuvies constituido
por una serie de cordones o trenzas curveadas cuya máxima convexidad apunta
hacia donde fluye el flujo lávico.
Túneles de lava.- Se
forman en los anteriores tipos de lava, son relativamente angostas y alargadas
cuevas con forma de túneles, que ocupan el lugar donde anteriormente fluía la
lava, como canales subterráneos. Su desarrollo se da en la parte central
inferior de los flujos, donde la temperatura es más alta; en tanto que en la
parte superior, la superficie y zon más cercana del contacto con el aire, se
encuentra más fría y semi-solidificada. De tal forma que la zona inferior
central fluye aún la lava caliente.
- Lavas aa y en bloque.-
Las lavas máficas menos fluidas y alejadas del conducto aslimentador presentan
esta estructura en la superficie de sus flujos. Así como también la presentan
las lavas andesíticas y las riolíticas, que fluyen por distancias más cortas de
unos cuantos cientos de metros. El término aa proviene del hawiano, ambas
estructuras consisten que la superficie de la va se encuentra formada por
bloques pequeños (lava aa) a grandes (lava en bloques) de superficies ásperas,
sobre todo las del tipo aa.
Tipos de lava: A. Pahoehoe, B. Acordonada, C. Aa (todas de Hawaii, tomadas de Wikipedia). D. Túneles de lava del Xitle
E. Lava acordonada del Xitle. F Lava en bloques del Paricutín.
Otras estructuras distintivas que se desarrolan en lavas basálticas son:
- Lavas columnares.- Son diaclasas verticales de enfriamiento que forman columnas de tendencia hexagonal. Se desarrollan en lavas basálticas que fluyen sobre superficies casi horizontales, condiciones en las que energéticamente es más fácil que se formen.
- Almohadillas de
lava. Las lavas almoadilladas (“pillow” lavas) se forman cuando el flujo lávico
fluye bajo el agua de los fondos oceánicos, por lo que es muy común en los
basaltos submarinos. En las condiciones subacuosas la lava se solidifica
rápidamente formando vidrio alrededor de las unidades volumetricas enfriadas,
en cuyo interior aún se encuentra la lava caliente. La gravedad, el impulso del
flujo corriente arriba y del flujo en el interior de estos volumenes moldean a
estas unidades con formas de bolas y tubos alargados como almoadillas.
Eventualmente la lava del interior rompe las costras de las almohadillas y la
lava fluye mas adelante formando nuevas almohadillas. Este proceso se repite
una y otra vez como la pasta de dientes en un tubo que es apretado. De esta
forma se apilan unas encima de otras las almohadillas de lava. Entre las almoadillas quedan atrapadas delgadas películas o capas de lodo del fondo, en el cual ocasionalmente se conservan fósiles silíceos diminutos (radiolarios). Esta es una
estructura diagnostica del flujo suabacuoso.
Izquierda: lavas columnares de San Miguel Regla, Hgo. Derecha: Lavas almohadilladas del noreste de Tehuacán, Pue.
2. Gases o volátiles.
Se encuentran disueltos en los fundidos en una cantidad difícil de estimar, se considera que ocupan del 1 al 6% del peso total del material expulsado, no obstante pueden ser expulsadas cientos de toneladas por dia en un evento eruptivo altamente explosivo. Son expulsados al tiempo de las erupciones, pero pueden emanar previa y posteriormente a travéz de grietas, atravesando rocas y suelos. Estos gases se incorporan a la atmósfera y/o son precipitados con la lluvia ácida asociada con las explociones y arrastrados al oceano. También ascienden a capas altas de la atmosfera formando parte de los aerosoles volcánicos. Su composición química promedio es: 70% de vapor de agua (H2O), 15% de dioxido de carbono (CO2), responsable de la lluvia ácida asociada con la actividad volcánica; 5% de nitrógeno (N), y 5% de dioxido de sulfuro (SO2) y cantidades menores de argon (Ar), cloro (Cl), fluoruoro de hidrógeno (HF). Su papel es de importancia en las explosiones volcánicas, en virtud de que su separación del magma induce las explosiones y arrastra al magma y fragmentos piroclasticos en ellas.
Gases volcánicos emanados del volcán Masaya, Nicaragua (Wikipedia: https://es.wikipedia.org/wiki/Gas_volc%C3%A1nico#/media/Archivo:Volcan_Masaya2.jpg
3. Materiales piroclásticos.
Son partículas de muy diversos tamaños que son arrojados por los ventiladeros volcánicos, también se nombran como tefra o bien son referidas como material particulado. Se producen como consecuencia de la separación de los gases del magma durante su ascenso y expanción explosiva produciendo con ello la fragmentación de la parte más alta del fundido en ascenso. Estan constituidos por fragmentos o pulverizaciones de roca, lava o vidrio, así como “gotas” o fragmentos de lava semiconsolidada. Se acumulan en depositos piroclásticos alrededor de los aparatos volcánicos y forman rocas piroclásticas conocidas con distintos nombres: toba, brecha volcánica, aglomerado volcánico e ignimbrita. Las partículas que conforman a estos materiales se clasifican principalmente en consideración a su tamaño.
+ Polvo y ceniza volcánica.- Partículas pequeñas menores a 2 mm, el polvo son las diminutas partículas menores a 0.063 mm.
+ Lapilli (del latin lapillus = pequeñas piedras).- Son partículas de 2 a 64 mm.
+ Bombas y bloques
volcánicos.- Son fragmentos mayores a 64 mm, que suelen tener un viaje parabólico o caída balística o bien, en el caso de los bloques, pueden también ser arrastrados por los gases en las columnas eruptivas y flujos piroclásticos.
- Las bombas son
fragmentos de lava arrojados que son solidificados en su vuelo en el aire, adquierendo
formas aerodinámicas similares a un bolillo o birote y cayendo ya prácticamente
sólidos en el terreno.
- Los bloques son
fragmentos de lava ya solidificada al momento de ser expulsados por lo que
suelen tener superficies angulosas.
+ Piroclastos vesiculares.- Estos materiales pueden tener distintos tamaño, su principal característica es su gran contenido de vesículas que son los espacios que ocuparan los gases. Son principalmente de los dos siguientes tipos.
- Escoria.- Material vesicular eyectado en los magmas basálticos de color negro o pardo rojizo que se encuentra generalmente en partículas tamaño lapilli.
- Pomez.- Material vesicular eyectado por magmas intermedios a félsicos, de color claro blanco grisáceo a crema. Presenta tantas vesículas que puede flotar. Se presenta en diversos tamaños, desde ceniza a lapilli, y también en bloques pequeños subangulosos a ligeramente redondeados.
A. y B. Depositos piroclásticos de A. material fino, depositado como caida de cenizas (Nevado de Toluca) y
B. material grueso de caida balística (Volcán Tres Cumbres, Chichinautzin).
i, h, j, x, y. Distintos materiales piroclásticos: h: ceniza; i: lapilli, j: bomba; x: escoria volcánica; y: pomez
4. Mecanismos de eyección de los materiales piroclásticos
Los gases y materiales piroclásticos eyectados desarrollan diferentes mecanismos de distribución, adquieriendo distinto aspecto debido a sus características físico-dinámicas y su interacción con el medio exterior. Estos cambios son extremadamente dinámicos.
4.1. Columna y nube de erupcion.
La columna de erupción es resultado del empuje ascendente de la mezcla de gas y piroclastos recien formados. Es expulsada, como se menciona en la sección de actividad volcánica, como efecto del burbujeo del magma viscoso dentro del conducto. Esta mezcla caliente se eleva con rapidez en el aire que está más frío, hasta una altura tal en la atmosfera, en la que la densidad de la columna iguala a la densidad del aire. En las erupciones tranquilas estas columnas son menos densas y van de cientos de metros hasta poco menos de 3 km; en tanto que en las más violentas son de más de 20 km, con máximos de hasta 45 km. En este nivel, de distinta altura según el tipo de explosividad, inicia la dispersión lateral del material, por lo que la columna adquiere frecuentemente forma de hongo.
Los
vientos dominantes desprenden de la parte superior de la columna una nube
eruptiva que deriva lateralmente, acarreando el material piroclástico más fino,
dirigida por la dirección preferencial del viento y viajando grandes
distancias.
En los episodios eruptivos pueden presentarse distintos eventos explosivos de menor intensidad previos y posteriores a
la explosión de mayor magnitud.
Columnas eruptivas de: A. Volcan Guagua Pichincha, Ecuador, en 1999. B. Volcán Pinatubo, Filipinas, en 1991. C. Volcán Redoubt, Alaska, en 1990. (Fotos de Wikipedia)
4.2. Caida de tefra.
Conforme la nube de erupción deriva, la tefra que acarrea va soltándose y cayendo por gravedad sobre la superficie terrestre acumulándose. Los depósitos en las áreas cercanas al volcán están más enriquecidos en material grueso, bloques y lapilli, en tanto que el lapilli fino y sobre todo la ceniza se distribuyen en las zonas más alejadas a centenas de metros y algunos kilómetros del ventiladero volcánico. El espesor de estos depósitos es mayor en las zonas más cercanas al volcán y, en las erupciones más explosivas, pueden formar depósitos de un espesor suficientemente significativo, de tal forma que puede ser identificada la capa, correspondiente a determinado evento explosivo, incluso a decenas de kilómetros de donde fue expelido.
En las explosiones más violentas como la del Tambora, en 1815, las columnas de erupción son capaces de acarrear cenizas y gases en partículas y gotitas extremadamente pequeñas, a niveles altos de la atmosfera, materiales que se denominan aerosoles volcánicos. Esta contaminación atmosférica puede bloquear la radiación solar que llega a la Tierra y disminuir la temperatura promedio del planeta, así como producir espectaculares atardeceres.
Caida de cenizas. Izquierda: por explosion Volcán Chichonal, 1982, Derecha: por explosión de Volcán Santa Elena, 1980 (fotos de Wikipedia)
4.3. Flujos piroclásticos.
Flujo piroclástico de
colapso.- En las columnas de erupción, los materiales piroclásticos más pesados
no alcanzan a ascender demasiado, por lo que a cierta altura, estos materiales
colapsan arrastrando gases y parte de la tefra más fina. Esta mezcla ardiente, de 600° y hasta 700° C, se precipita y fluye por las laderas del aparato volcánico, en forma de flujos
piroclásticos, también llamados nubes ardientes (del francés nuée ardente) en virtud de que queman todo a su paso. Viajan
a velocidades altas de al rededor de 500 km/h, con un rango que va de 20 hasta 700 km/h. Viajan por muy a largas distancias de hasta 100 km y más
del respiradero. Ejemplos de estos flujos son los producidos por el Vesubio en
el 79 dC, que arrasaron con Pompeya y Herculano en Italia.
Flujo piroclástico lateral.- Otra fuente de origen de estos flujos son las explosiones laterales del magma debido a una súbita despresurización en el interior del conducto alimentador. Esto puede ocurrir cuando el peso del material por arriba del magma desaparece quedando el magma expuesto. La pérdida de este material puede ocurrir por ejemplo, cuando se remueve por que se desliza en forma de una avalancha volcánica, resultado de la inestabilidad alcanzada en las laderas a consecuencias del empuje del magma Como sucedió en la exploción del Monte Santa Elena de mayo de 1980 o en el Monte Bezmianny de Kamchatka (Este de Rusia) en 1956. En ocasiones estos deslizamientos pueden asociarse con la pérdida del domo o espina de obstrucción del ventiladero.
Estos densos flujos, cuyo contenido es material piroclásticos de muy diversos tamaños en una nube ardiente de gas; viajan con fluidez al ras del suelo, siguiendo el curso de los barrancos y depresiones del terreno, quemando todo a supaso. El material rellena las depresiones por las que viaja, quedando su superficie en contacto con el aire relativamente plana. De tal forma, que al igual que los flujos de lava, con el paso del tiempo, el material sobre el que corrieron es erosionado, quedando estos flujos más resistentes con morfologías de mesas.
Oleadas piroclásticas.- Son flujos piroclásticos diluidos, y menos densos, que a diferencia de los flujos piroclásticos, acarrean principalmente ceniza y pueden por tanto remontar los altos topográficos, así como viajar más rápidamente y por más largas distancias.
Flujos piroclásticos en distintas erupciones volcánicas.
A y B: Monte Mayon, Filipinas erupciones de 1984 y 2018. C: Monte Santa Elena, 1980. D: Monte Pelé, 1902 (fotos de Wikipedia)
5. Nomenclatura descriptiva de las rocas piroclásticas.
Como se mencionó líneas arriba, los materiales piroclásticos producen rocas denominadas, según su tamaño ó tipo de componentes y grado de consolidación-litificación con los términos de: toba, brecha volcánica, aglomerado volcánico e ignimbrita. No obstante el empleo de esta nomenclatura, los vulcanólogos prefieren identificar a estas rocas con base al mecanismo que las produjo.
Toba (Tuff en inglés). Depósito de material volcánico fino (ceniza y lapilli), formado ya sea por caida de ceniza, u oleada piroclástica. Es generalmente porosa y puede estar poco a bien consolidada.
Brecha volcánica. Es un depósito volcánico constituido por material piroclástico tamaño bloque (mayor a 6 cm) de bordes dominantemente angulosos en una matriz de ceniza y lapilli. Su rigen puede ser diverso, por depositos de caida balistica y ceniza o bien ser resultado de flujos piroclásticos.
Aglomerado volcánico. Es un deposito volcánico formado por bloques (mayores a 6 cm) redondeados, los cuales correspoden principalmente con bombas volcánicas. Dado que las bombas son más frecuentes en erupciones de magmas máficos, los aglomerados suelen ser de composición basáltica.
Ignimbrita. Este es un término que corresponde más con el origen de su formación, ya que se emplea para designar a depósitos resultado de flujos piroclásticos u oleadas sin importar el tamaño de sus componentes, entre los cuales sin embargo abunda la ceniza. Se suelen manejar dos tipos de ignmbritas, las soldadas, que son las más características, las cuales contienen material dominantemente fino endurecido por piro-litificación, dadas la altas temperaturas que suelen tener los flujos piroclasticos de 800° C y más. Estas ignimbritas suelen presentar estructuras de fluidez y con frecuencia fueron confundidas con riolitas. Otras son las designadas como ignimbritas consolidadas, las cuales no se encuentran endurecidas sino tan solo consolidadas y pueden contener algunos bloques de mayor tamaño. Las ignimbritas son de composición silícea, ya que es en los volcanes alimentados con este tipo de magmas que se desarrollan los flujos piroclásticos.
A. Toba volcánica (el ejemplo incluye depositos por caída de cenizas y flujos de pomez). B. Brecha volcánica. C. Aglomerado volcánico. D. Ignimbrita. E y F son muestras de mano de ignimbrita (formada por flujos piroclásticos), en F se observa estructura de flujo.
6. Materiales
volcanoclásticos.
Estos materiales son derivados de actividad volcánica, pero son acarreados por procesos sedimentarios. Los materiales que los constituyen son exclusivamente volcánicos depositados en eventos previos.
Avalanchas volcánicas.-
Son flujos de deslizamientos de masas que se encuentran en laderas inclinadas, dirigidos
por la gravedad y producidos por la inestabilidad del material. Esta
inestabilidad es resultado de la actividad de ascenso y expansión del magma, lo que
incrementa la inclinación de las laderas; adicionalmente, la saturación de agua de estos materiales, producto del deshielo o lluvias, incrementa esta inestabilidad. Muchas de estas avalanchas desencadenan
explosiones inmediatamente subsecuentes. No obstante, potencialmente también pueden
producirse, en otros momentos posteriores a la explosión. Las avalanchas
remueven los depositos volcánicos previamente depositados y con diferentes
grados de consolidación-litificación. Producen sedimentos heterolíticos, esto
es con fragmentos de rocas volcánicas distintas y de distintos tamaños, inmersas en materiales finos. La remoción y
traslado de estos sedimentos heterogéneos a zonas de menor pendiente, produce
una morfología típica de montículos, también llamados “hummocks” (del término
equivalente en inglés). Los monticulos corresponden con distintos trozos, bloques y fragmentos heterolíticos y heterogéneos removidos, que en su estado de reposo adquieren estas formas.
El desarrollo de estas avalanchas y monticulos se pudo observar en la explosión del Volcán Santa Elena de mayo de 1980.
Avalanchas. A. Depositos de avalancha desencadenadora de explosión del Monte Santa Elena (1980) y B. Mecanismos que describen su desarrollo.
D. Modelo de avalancha submarina del Pico de Teide, Tenerife. C. Avalancha del Volcán Jocotitlán, Edo. de México.
Notar los montículos típicos que se observan en A, C y D
La estructura interna dominante de estos depósitos es de bloques grandes angulosos a subredondeados, rodeados de una matriz de materiales más finos. Otra estructura notable que puede observarse en estos depósitos es la denominada “de rompecabezas” debido a que distintos fragmentos líticos que contienen parecen ser piezas rotas que pueden encajar unas con otras o coincidir en sus bordes, tal y como lo hacen las piezas de un rompecabezas.
Lahares.- Son flujos de lodo con escombros volcánicos de hasta 30 cm de diámetro o un poco más, que se encuentran diluidos a concentrados en agua y que corren por los valles fluviales, llegando a extravasarse hacia parte de la planicies de inundación. Pueden ser alimentados por una avalancha y/o ser ser resultado del derretimiento de glaciares por la actividad volcánica, o por las intensas lluvias derivadas de la actividad eléctrica asociada con la explosión y producen sedimentos que pueden alcanzar hasta 50 m de espesor, los cuáles son litificados como el cemento casi instantaneamente. Pueden recorrer grandes distancias lejos del volcán a velocidades de 60 a 80 km/h, velocidad que puede incrementarse a 100 km/h y más en rios de montaña que fluyen a mayor pendiente.
Un ejemplo trágico son los lahares derivados de la explosión del Nevado del Ruiz, Colombia, en 1985, producidos por el deshielo; uno de ellos sepultó a la población de Armero localizada a 45 km al Este del volcán, matando a 21000 de sus 28000 habitantes
Lahares. Izquierda, lahar derivado de la erupción del Nevado del Ruiz, Colombia en 1985, que sepultó el pueblo de Armero. Derecha, lahar derivado de la erupción de Monte Galunggung, Indonesia, en 1982. (fotos de Wikipedia)