¿Qué sucede cuando la lava y el agua se encuentran? Los experimentos explosivos con lava artificial están ayudando a responder esta importante pregunta.
Al cocinar lotes de 10 galones de roca fundida e inyectarles agua, los científicos están arrojando luz sobre la física básica de las interacciones lava-agua, que son comunes en la naturaleza pero son poco conocidas.
El proyecto, un estudio continuo a largo plazo dirigido por la Universidad de Buffalo, publicó sus primeros resultados el 10 de diciembre en el Revista de Investigación Geofísica JGR: Tierra Sólida .
Los científicos advierten que el número de pruebas hasta ahora es pequeño, por lo que el equipo deberá realizar más experimentos para sacar conclusiones firmes.
La investigación muestra que los encuentros de agua de lava a veces pueden generar explosiones espontáneas cuando hay al menos aproximadamente un pie de roca fundida por encima del punto de mezcla. En estudios anteriores, a menor escala que utilizaron el valor de una taza de café de lava, los científicos enAlemania descubrió que necesitaban aplicar un estímulo independiente, en esencia pinchando el agua dentro de la lava, para desencadenar una explosión.
Los resultados reportados en JGR: Tierra sólida también señale algunas tendencias preliminares, que muestran que en una serie de pruebas, las reacciones más grandes y brillantes tienden a ocurrir cuando el agua ingresa más rápidamente y cuando la lava se mantiene en recipientes más altos. El equipo realizó un total de 12 experimentos enqué velocidades de inyección de agua oscilaron entre aproximadamente 6 y 30 pies por segundo, y en qué lava se mantuvo en cajas de acero aisladas que variaban en altura de aproximadamente 8 a 18 pulgadas.
"Si piensas en una erupción volcánica, hay fuerzas poderosas en el trabajo, y no es algo amable", dice el investigador principal, Ingo Sonder, PhD, científico investigador en el Centro de Estudios de Geohazards en la UB. "Nuestros experimentos están buscandoen la física básica de lo que sucede cuando el agua queda atrapada dentro de la roca fundida "
Sonder discutirá los hallazgos en la reunión de otoño de la AGU 2018 hoy.
El estudio fue financiado por la National Science Foundation.
Comprender los encuentros de agua de lava en volcanes reales
En la naturaleza, la presencia de agua puede hacer que la actividad volcánica sea más peligrosa, como durante las erupciones pasadas de Kilauea de Hawai y Eyjafjallajökull de Islandia. Pero en otros casos, la reacción entre los dos materiales es moderada.
Sonder quiere entender por qué: "A veces, cuando la lava se encuentra con el agua, ves una actividad explosiva enorme. Otras veces, no hay explosión, y la lava puede enfriarse y formar algunas formas interesantes. Lo que estamos haciendo es intentarpara conocer las condiciones que causan las reacciones más violentas "
Finalmente, los hallazgos del proyecto a largo plazo podrían mejorar la capacidad de los científicos para evaluar el riesgo de que los volcanes cercanos al hielo, lagos, océanos y fuentes de agua subterráneas representen para las personas que viven en las comunidades circundantes.
"La investigación aún se encuentra en las primeras etapas, por lo que tenemos varios años de trabajo por delante antes de que podamos ver todo el rango y la combinación de factores que influyen en lo que sucede cuando la lava o el magma encuentran agua".dice Valentine, coautora del estudio y directora del Centro de Estudios de Geohazards de la UB.
"Sin embargo, todo lo que hacemos es con la intención de hacer una diferencia en el mundo real", dice. "Comprender los procesos básicos que tienen que ver con los volcanes en última instancia nos ayudará a hacer mejores pronósticos en lo que respecta a las erupciones".
experimentos volcánicos a gran escala
Las interacciones lava-agua están asociadas con un fenómeno conocido como interacción de refrigerante de combustible fundido, en el que un combustible líquido una fuente de calor reacciona violentamente con un refrigerante líquido. Gran parte del trabajo experimental en este campo se ha realizado en el contextode seguridad industrial, con un enfoque en la comprensión de los peligros potenciales en las centrales nucleares y los sitios de producción de metales.
Los experimentos de agua de lava se basan en investigaciones previas en esta área, mientras se enfocan en roca fundida.
El trabajo se lleva a cabo en la Estación Geohazards Field de la UB en Ashford, Nueva York, a unas 40 millas al sur de Buffalo. Dirigido por el Centro de Estudios de Geohazards de la UB, la instalación brinda a los científicos un lugar para realizar experimentos a gran escala simulando procesos volcánicos y otrosEn estas pruebas, los investigadores pueden controlar las condiciones de una manera que no es posible en un volcán real, dictando, por ejemplo, la forma de la columna de lava y la velocidad a la que el agua se dispara.
Para hacer la lava, los científicos arrojan roca basáltica en un horno de inducción de alta potencia. La calientan durante aproximadamente 4 horas. Cuando la mezcla alcanza una temperatura candente de 2.400 grados Fahrenheit, se vierte en una caja de acero aislada y se inyecta con doso tres chorros de agua.
Luego, un martillo introduce un émbolo en la mezcla para ayudar a estimular una explosión. En algunos casos, si había suficiente roca fundida por encima del punto de inyección, una reacción intensa comenzó antes de que cayera el martillo.
Además de identificar algunas tendencias preliminares, el estudio publicado atestigua la amplia variedad de procesos físicos que pueden ocurrir cuando la lava y el agua se encuentran.
"La respuesta del sistema a la inyección de agua varió desde procesos leves, dominados por la evaporación, en los que solo se expulsaba una pequeña masa fundida del recipiente junto con algo de vapor, a reacciones más fuertes con chorros de vapor visibles y con dominios de fusión expulsados a varios metros de altura", escribieron los científicos JGR: Tierra sólida .
¿Rompiendo la película de vapor?
El estudio no examinó por qué la altura de la caja y la velocidad de inyección de agua correspondieron a las mayores explosiones. Pero Sonder, que tiene experiencia en geociencias y física, ofrece algunas ideas.
Explica que cuando una gota de agua queda atrapada por una sustancia mucho más caliente, los bordes exteriores del agua se vaporizan, formando una película protectora que envuelve el resto del agua como una burbuja, limitando la transferencia de calor al agua y evitándolade ebullición. Esto se llama el efecto Leidenfrost.
Pero cuando el agua se inyecta rápidamente en una columna alta de lava, el agua, que es aproximadamente tres veces más ligera que la lava, se acelerará hacia arriba y se mezclará con la roca fundida más rápidamente. Esto puede hacer que la película de vapor se desestabilice, Dice Sonder. En esta situación, el agua desprotegida se expandiría rápidamente en volumen a medida que se calentaba, imponiendo grandes tensiones en la lava, dice. El resultado es una explosión violenta.
En contraste, cuando el agua se inyecta lentamente en piscinas de lava menos profundas, la película protectora de vapor puede retener, o el agua puede alcanzar la superficie de la lava o escapar como vapor antes de que ocurra una explosión, dice Sonder.
Espera explorar estas teorías a través de experimentos futuros: "No se ha hecho mucho trabajo en este campo", dice, "por lo que incluso algunos de estos procesos básicos realmente no se comprenden bien".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Buffalo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :