La interacción del mar en la erupción del Volcán Hunga Tonga-Hunga Ha’apai

75% de los volcanes de la Tierra están bajo el agua, pero su conocimiento es muy restringido.

En la erupción del 2020, el volcán Hunga Tonga-Hunga Ha’apai expulsó un gran volumen de agua a la atmósfera.

Utilizando datos de gravedad obtenidos por satélite, el doctor Román Álvarez, encontró que, en lugar de un solo conducto, el magma se distribuye en una gran extensión de la superficie del volcán.

Álvarez piensa que estos depósitos entraron en erupción simultáneamente, provocando una interacción a gran escala.

Los resultados de este estudio tienen implicaciones para la predicción de peligros y la gestión de volcanes submarinos como el Hunga-Tonga Hunga Ha’apai.

La inmensa mayoría de los volcanes de la Tierra –aproximadamente 75%– se encuentran bajo las olas, nuestro entendimiento sobre éstos sigue siendo limitado. La inaccesibilidad del interior de la Tierra ya supone un desafío para los vulcanólogos; sin embargo, cuando estos volcanes se encuentran ocultos bajo la columna oceánica, la tarea se vuelve exponencialmente más difícil. La obtención de observaciones directas y la obtención de datos sobre los interiores volcánicos submarinos representa, por ende, un reto importante.

Aunque los vulcanólogos reconocen desde hace tiempo los graves riesgos asociados al vulcanismo submarino, éstos se volvieron evidentes para la audiencia global en enero de 2022, cuando el volcán Hunga-Tonga Hunga Ha’apai (HTHH), ubicado en Tonga, en el Pacífico Sur, proyectó una columna de ceniza que alcanzó una altitud de 57 km, de esta forma, por primera vez, se pudo observar una pluma de ceniza volcánica mesosférica.

Durante el evento, casi 10 km² del fondo marino y los flancos del volcán quedaron cubiertos por el material desprendido del edificio volcánico, incluidos los sedimentos arrastrados desde el lecho del mar. La mayor parte de ese material se depositó en un radio de 20 km del volcán, ocasionando efectos devastadores en los ecosistemas marinos. Además, los flujos resultantes, interrumpieron los cables de comunicación entre el Reino de Tonga y el resto del mundo, lo que dificultó considerablemente la respuesta a la catástrofe en los días y semanas posteriores a la erupción. Ésta fue la mayor erupción de un volcán submarino en siglos.

Entorno Tectónico del HHTH

El HHTH se ubica a lo largo de la cresta Tonga-Kermadec, que surge de la subducción de la placa del Pacífico debajo de las microplacas de Tonga y Kermadec. En esta dinámica tectónica, las placas convergen permitiendo que la Placa del Pacífico se deslice debajo de dichas microplacas. Debido a que esta región es una de las zonas de subducción más rápida del planeta, con un ritmo de alrededor de 20 cm por año, la actividad volcánica es frecuente. Además, la subducción a lo largo del arco Tonga-Kermadec es común debido a que las placas tectónicas implicadas son todas oceánicas; lo que resulta en una abundancia de volcanes submarinos en la región.

Antes de la erupción de 2022, sólo dos pequeñas islas del HHTH emergían sobre el nivel del mar, a pesar de que el volcán tiene una altura desde la base hasta la cumbre de 1,400 m. Durante la erupción de 2022, la porción emergida de la isla fue completamente destruida; además de las cenizas y otros gases volcánicos liberados, se inyectó a la atmósfera un enorme volumen de agua, equivalente al 10% de la cantidad global de agua en la atmósfera.

Al respecto, El doctor Román Álvarez, investigador del IIMAS-UNAM se ha propuesto comprender más profundamente la estructura del sistema de tuberías bajo el HHTH, con el objetivo de explicar el enorme volumen de agua transferido del océano a la atmósfera.

Modelo Digital de Elevación del volcán Hunga Tonga-Hunga Ha’apai antes de la erupción de 2022 y estructuras volcánicas adyacentes.

Sondeando el interior de la Tierra

Para investigar esto, el doctor Álvarez recurrió a la tecnología satelital recabada en los años previos a la erupción de 2022. Los datos de gravedad obtenidos por satélite de alta resolución (con un tamaño de píxel de ~220 m) se realizaron inversiones de gravedad en 3D; es decir, se procesaron para que las variaciones de gravedad, convertidas a variaciones en densidad, pudieran analizarse en un espacio tridimensional.

Aunque los cambios en la gravedad son imperceptibles para los humanos, ésta no es constante, la fuerza de gravedad que experimenta un objeto está influenciada por diversos factores, incluida su la densidad. Los sistemas de plomería volcánica albergan una diversidad de materiales con diferentes densidades (como rocas de diferentes composiciones, magma fundido, gases, entre otros), de tal forma que la gravedad varía en función de la densidad del material. Por lo tanto, las inversiones 3D de los datos de gravedad de los volcanes pueden proporcionar una representación tridimensional de la estructura subterránea, identificando regiones de baja gravedad asociadas con el transporte y almacenamiento de magma.

Aunque los cambios en la gravedad son imperceptibles para los humanos, ésta no es constante, la fuerza de gravedad que experimenta un objeto está influenciada por diversos factores, incluida su la densidad. Los sistemas de plomería volcánica albergan una diversidad de materiales con diferentes densidades (como rocas de diferentes composiciones, magma fundido, gases, entre otros), de tal forma que la gravedad varía en función de la densidad del material. Por lo tanto, las inversiones 3D de los datos de gravedad de los volcanes pueden proporcionar una representación tridimensional de la estructura subterránea, identificando regiones de baja gravedad asociadas con el transporte y almacenamiento de magma.

Durante este proceso el doctor Álvarez hizo un hallazgo inesperado. En lugar de encontrar un único conducto de magma dominante, descubrió que la corteza poco profunda de HHTH albergaba una extensa distribución de material de baja densidad. Atribuyó esto a la presencia de múltiples conductos que alimentaban una red de transporte de magma en la superficie. Según el modelo desarrollado, se identificó un conducto principal que descendía hacia la región más profunda de almacenamiento de magma por debajo de la profundidad de -6 km que alcanzó el modelo. Por encima de este punto, el conducto se bifurcó para formar dos ramas principales, las que se extendían hacia los lados noroeste y sureste del volcán. Se observaron más divisiones en la corteza poco profunda y se detectaron anomalías de baja densidad que se extendían hasta la capa superficial superior, a sólo unos cientos de metros de profundidad. La superficie total cubierta por estas dos regiones se estimó en aproximadamente 26 km².

Resulta interesante destacar que el informe sobre la erupción del HHTH de 2009 sugirió que el material fue expulsado desde múltiples respiraderos. Este hallazgo respalda las conclusiones del doctor Álvarez sobre la presencia de múltiples depósitos poco profundos de magma en la región cercana a la superficie. Álvarez sostiene que si, en 2022, el magma hubiera alcanzado la superficie, distribuido en depósitos que abarcan 26 km2, la interacción resultante con el agua de mar habría sido avasalladora. Esta teoría encuentra respaldo en las observaciones de la erupción de 2022, incluida la alta explosividad causada por la interacción magma-agua –cuando el agua líquida entra en contacto con el magma, se convierte en vapor, provocando explosiones repentinas y violentas– así como el considerable volumen de agua inyectado en la atmósfera. 

Actualmente, se carece de datos gravitacionales satelitales para analizar cómo evolucionó el sistema de tuberías magmáticas en HHTH tras la erupción de 2022. No obstante, estos resultados establecen una base sólida para comprender la trayectoria futura del volcán. En los próximos años, a medida que se acumulen más datos gravimétricos por satélite o se realicen nuevos estudios gravitacionales marinos, el doctor Álvarez podrá examinar los cambios en la red de transporte de magma bajo el volcán. Este análisis tendrá implicaciones significativas para la planificación de riesgos asociados a la actividad volcánica.

CONCLUSIONES

La investigación sobre la estructura interna del volcán HTHH surge de la necesidad de comprender la magnitud de su actividad explosiva y la escasez de información disponible al respecto. Gracias a la disponibilidad de mediciones de gravedad de alta resolución obtenidas por satélite, se pudo aplicar el protocolo de inversión 3D para analizar la distribución interna de la densidad del volcán.

Respecto al tiempo necesario para disponer de datos suficientes que determinen la estructura actual del sistema de tuberías del HTHH, se destaca que este plazo depende de factores fuera del control del investigador. Los datos gravimétricos actuales proporcionan una línea base para futuros análisis de cambios inducidos por la erupción de 2022 y futuras erupciones. Además, se planea realizar un análisis similar en el volcán Tofua y en el volcán Everman en la isla Socorro, México, para continuar aprendiendo sobre los volcanes submarinos.

En cuanto a la precisión de los datos gravimétricos obtenidos por satélite, se menciona que, aunque pueden presentar diferencias del 5% en comparación con las mediciones terrestres, su disponibilidad gratuita y uniforme, con una separación de malla variable, los hace preferibles para discernir estructuras internas en volcanes y otras formaciones geológicas.

En resumen, esta investigación ofrece una valiosa contribución al entendimiento de los volcanes submarinos, y su aplicación a otros volcanes terrestres y submarinos promete seguir ampliando nuestro conocimiento sobre estos fenómenos naturales.

 

NOTA

Este artículo está traducido y adaptado del original en inglés, publicado en febrero de 2024, que puede ser consultado en: https://researchfeatures.com/magma-water-interaction-hunga- tonga-hunga-haapai-eruption/

GLOSARIO

UNA PLUMA DE CENIZA VOLCÁNICA MESOSFÉRICA. Es una columna de ceniza que alcanza altitudes muy elevadas en la atmósfera, por encima de los 10 kilómetros. La característica “mesosférica” se refiere a la región de la atmósfera que se encuentra entre ,aproximadamente, 50 y 85 kilómetros sobre la superficie terrestre.

SUBDUCCIÓN. Es un proceso geológico en el que una placa tectónica se desliza debajo de otra placa en los límites de placas convergentes. Este fenómeno ocurre principalmente en los márgenes de las placas tectónicas, donde una placa oceánica se hunde por debajo de otra placa oceánica o continental.

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