Cómo las matemáticas resolvieron el caso de las bombas volcánicas que no explotaron

Sería razonable escuchar el término “bomba volcánica” y presuponer que tal objeto tiende a explotar. Pero un tipo específico de bomba volcánica rara vez está a la altura de la segunda mitad de su nombre: estos objetos son lanzados al aire, chocan contra el suelo y, lamentablemente, no detonan.

Estas bombas volcánicas – ampollas de magma plásticas y parcialmente fundidas no más pequeñas que un melocotón – salen disparadas de un volcán sumergido por una masa de agua poco profunda, como un lago o el mar cerca de la costa. En el proceso, las bombas adquieren mucha agua. Ese agua atrapada se encuentra con las entrañas ardientes de la bomba y se hierve vigorosamente hasta convertirla en vapor.

La acumulación repentina de vapor dentro del proyectil debería hacer estallar la bomba en el aire. “Las rocas no pueden sobrevivir frente a esa presión”, dijo Mark McGuinness, matemático de la Universidad Victoria de Wellington en Nueva Zelanda. Y, sin embargo, muchas de estas bombas se vuelven inútiles y golpean el suelo con un ruido sordo y anticlimático.

Resolver este acertijo haría más que rascar una picazón científica de larga data. Las bombas volcánicas, una parte fundamental de muchas erupciones explosivas, también son un peligro letal. Si más de ellos explotaran en pleno vuelo, sería preferible que golpearan a alguien en la cabeza.

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Deseando resolver el caso, Ian Schipper, vulcanólogo de Victoria, unió fuerzas con la Dra. McGuinness y Emma Greenbank, también matemática de la universidad. Construyeron un modelo matemático que simulaba el lanzamiento de una bomba desde un volcán virtual y replicaba las presiones y temperaturas cambiantes del interior del orbe.

Al informar sus resultados este miércoles en The Proceedings of the Royal Society A, el equipo concluye que el agua produce y desactiva estas bombas volcánicas pastosas.

Las bombas volcánicas son una característica común de una serie de erupciones explosivas. Esto incluye las erupciones de Surtseyan, que llevan el nombre de Surtsey, un volcán frente a la costa islandesa que creció explosivamente sobre las olas en la década de 1960 hasta que formó una nueva isla.

Durante este tipo de erupción, grupos de magma se impulsan a través de un cuerpo de agua poco profundo. Al mismo tiempo, los escombros volcánicos lanzados hacia el cielo salpican hacia la misma agua. Esto forma una lechada cenicienta, lo suficientemente densa como para perforar e hidratar esos grumos magmáticos espesos destinados a convertirse en bombas.

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El hecho de que estas bombas empapadas rara vez exploten ha resultado desconcertante durante mucho tiempo. Pero los científicos realmente no pueden estudiar estos veloces proyectiles en detalle cuando son lanzados desde un volcán.

“Uno no quiere intentar atraparlos”, dijo Rebecca Williams, vulcanóloga de la Universidad de Hull en Inglaterra que no participó en el estudio.

Los vulcanólogos han estudiado bloques volcánicos, trozos completamente sólidos de materia volcánica balística, disparándolos con un cañón hecho a medida. Pero aún no han disparado grumos fundidos de magma con un arma, una actividad que es poco probable que alguna vez pase una revisión de seguridad.

Este nuevo modelo matemático, reforzado por datos tomados de bombas Surtseyan de la vida real que han aterrizado y se han enfriado, parece haber venido al rescate.

A medida que el magma asciende a través de un volcán hacia la superficie, se despresuriza y el agua aprisionada en su interior se escapa en forma de vapor, creando burbujas. Ese grupo de magma espumoso luego se lanza a través del agua y se convierte en una bomba. El lago o el agua de mar que luego se infiltra en la bomba se evapora violentamente. Pero las simulaciones matemáticas del equipo muestran que la naturaleza ya espumosa de la bomba significa que hay innumerables vías por las que el vapor puede fluir y escapar, deteniendo así un pico de presión y, en última instancia, una explosión.

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Algunas bombas, las que carecen de una red espumosa de agujeros creados por el propio agua del magma, sucumbirán a la presión del vapor recién generado y se autodestruirán. Pero la mayoría son lo suficientemente espumosas, lo que permite que el vapor se evacue sin incidentes.

“Su solución es realmente elegante; Creo que funciona muy bien ”, dijo el Dr. Williams, refiriéndose al modelo.

Para el Dr. McGuinness, la investigación logró otro objetivo: como un ejemplo dramático de cómo las matemáticas pueden resolver problemas no abstractos, espera que ayude a cambiar la percepción pública de este campo de estudio.

“Decir que estás trabajando en la explosión de bombas y bombas volcánicas es mucho más inspirador para la gente”, dijo.