Durante unas vacaciones familiares en 2018, Jenny Suckale deambulaba por un antiguo flujo de lava hawaiano cuando un cambio abrupto en las rocas de color negro azabache llamó su atención. Por un lado estaba el tipo de lava suave y ondulante llamado pahoehoe (pronunciado pah-hoy-hoy); en el otro estaba el tipo afilado y dentado conocido como aa (pronunciado ah-ah). Desde ese día, una pregunta engañosamente simple ha inquietado a Suckale, un geofísico de la Universidad de Stanford: ¿Qué causa la transformación dramática en la textura que se ve en las lavas en todo el mundo?
A lo largo de los años, los científicos han señalado una gran cantidad de posibles culpables: la velocidad de un flujo, la pendiente del suelo sobre el que rezuma o la cantidad de lava que brotó. Pero ningún factor único ha explicado el cambio. Ahora, al modelar la dinámica de los flujos de lava, Suckale y sus colegas han ofrecido otra explicación: la transición abrupta podría ser provocada por un agitación caótica dentro de la inundación de roca fundidainformó el equipo el mes pasado en Geophysical Research Letters.
Comprender cómo pahoehoe se transforma en aa es más que una simple curiosidad científica porque los dos tipos de lava se mueven a diferentes velocidades y presentan peligros distintos. Aunque los científicos son buenos para predecir hacia dónde va la lava en general, qué tan rápido y lejos viaja la lava es un problema mucho más complicado. “Ser capaz de mapear esta transición entre los tipos de flujo contribuiría en gran medida a resolver esas preguntas”, dice Leif Karlstrom, un científico de la tierra de la Universidad de Oregón que no formó parte del equipo de estudio.
Para el nuevo modelo, Suckale y sus colegas se inspiraron en un experimento realizado hace casi un siglo por el geólogo OH Emerson de la Universidad de Hawai en Manoa. Emerson pulverizó un poco de pahoehoe endurecido de una erupción del volcán Kilauea de Hawai en 1920 y calentó la roca en polvo en un horno hasta que estuvo al rojo vivo y rezumaba como miel. Luego apagó el horno y removió el material fundido con una varilla de metal.
En cuestión de minutos se había solidificado en una textura gruesa parecida a un aa. Al igual que remover una taza de té, mezclar la lava aceleró el enfriamiento y aparentemente desencadenó la formación de aa, dice el autor principal del estudio, Cansu Culha, becario postdoctoral en la Universidad de Columbia Británica.
Los investigadores se preguntaron si la mezcla también podría provocar la transición en la naturaleza, a través de un fenómeno llamado inestabilidad de cizallamiento. Cuando dos capas dentro de una sustancia que fluye se mueven a diferentes velocidades, la capa más rápida arrastra a la capa más lenta a medida que pasa. “Simplemente se frotan entre sí de manera incorrecta”, dice Suckale. El resultado es que cualquier ondulación a lo largo del límite entre las capas se magnifica en ondas turbulentas.
Para probar la idea, los investigadores crearon un modelo de dinámica de fluidos para simular el comportamiento de una lava virtual dividida en dos capas: una parte superior más fría y pegajosa sobre una parte inferior más caliente y más rápida. En el límite entre las dos capas, introdujeron pequeñas ondas, que inevitablemente se forman debido a imperfecciones comunes en la naturaleza, como protuberancias subyacentes en el suelo o burbujas en la lava.
Luego, el equipo probó la estabilidad de la lava bajo un rango de velocidades, viscosidades y espesores de capa. El análisis reveló que, en muchos casos, los cambios en el medio ambiente, como la pendiente más pronunciada o el aumento de las tasas de erupción, amplificaron las ondas, lo que podría provocar una mezcla descontrolada y la probable formación de aa. “Eso puede salirse de control bastante rápido”, dice Suckale.
El nuevo modelo puede ayudar a explicar la variedad de condiciones observadas anteriormente para desencadenar la transición de pahoehoe a aa, o por qué a veces no sucede en absoluto. “Es una posibilidad muy emocionante”, dice Arianna Soldati, vulcanóloga de la Universidad Estatal de Carolina del Norte que no formó parte del equipo de estudio.
Pero se necesitan más pruebas para demostrar que el modelo refleja la realidad bajo la superficie de lava chisporroteante. Debido a que la lava es difícil de estudiar directamente, una posibilidad sería probar el modelo en el laboratorio utilizando un análogo de roca fundida como la cera, sugiere Karlstrom.
Aún así, la nueva investigación enfatiza el valor de los estudios centrados en la mecánica básica. “Creo que aquí es donde obtenemos información sobre los procesos que están impulsando estos fenómenos naturales a gran escala”, dice Karlstrom.
