Una erupción volcánica provocó una tormenta eléctrica de una semana y los científicos quieren saber por qué

En diciembre de 2018, tras meses de chisporroteo, el volcán Anak Krakatoa de Indonesia colapsó. La ladera sudoeste se derrumbó en el mar y generó un muro de agua que llegó a las islas vecinas de Sumatra y Java. Este evento catastrófico y el tsunami resultante mataron a más de 430 personas e hirieron a miles.

Este derrumbe fue solo el comienzo del feroz ataque del Anak Krakatoa. El volcán siguió expulsando columnas de gases de kilómetros de alto y provocó una tormenta eléctrica de seis días. El fenómeno ofreció a los científicos un panorama detalladísimo de cómo algunas erupciones afectan a la meteorología local de formas impresionantes. Según se describe en un nuevo estudio publicado en Scientific Reports, el agua marina evaporada que se congeló en la columna cargó la tormenta volcánica y provocó más de 100 000 relámpagos.

«Me desconcertó la cantidad de relámpagos que había», afirma Andrew Pata, investigador posdoctoral del Centro Nacional de Supercomputación de Barcelona y autor principal del estudio. En su pico, la tormenta volcánica generó 72 relámpagos por minuto.

Los vulcanólogos están empezando a desentrañar cómo pueden usar estos espectáculos de relámpagos para rastrear los peligros variables de las erupciones volcánicas, pero solo acaban de empezar a aclarar los procesos específicos que provocan los relámpagos. Otro volcán, el Bogoslof de las islas Aleutianas de Alaska, produjo una serie de fenómenos eruptivos en diciembre de 2016 que continuó durante casi nueve meses, provocando miles de relámpagos que los científicos también usan para desvelar la mecánica interna de las tormentas volcánicas.

Los estudios más recientes del Anak Krakatoa y el Bogoslof ponen de manifiesto los mecanismos acuosos responsables de las personalidades variadas de las erupciones volcánicas.

«Tenemos que pensar de forma más amplia sobre el rango completo de los estilos de erupción... para usar un relámpago de forma significativa», afirma Alexa Van Eaton, vulcanólogo del Observatorio del Volcán Cascades del Servicio Geológico de Estados Unidos y autor principal del estudio sobre el Bogoslof, publicado en Bulletin of Volcanology.

La ciencia de los relámpagos

Independientemente de si los provoca un chaparrón primaveral o una erupción volcánica, todos los relámpagos requieren la denominada separación de cargas, que se desarrolla con la acumulación de partículas con cargas positivas y negativas en partes diferentes de una nube. Conforme se acumulan, esas cargas opuestas generan un desequilibrio que la naturaleza resuelve liberando electricidad: un relámpago.

En una tormenta eléctrica atmosférica, las cargas se forman en un remolino caótico de hielo, aguanieve y agua líquida. Las colisiones entre estas fases de agua pueden separar electrones de las partículas, dejando algunas con carga positiva y otras con carga negativa.

Por otra parte, las partículas de las cenizas desempeñan un papel fundamental en las erupciones volcánicas. Estos trocitos se forman conforme la rápida expansión de gases en el magma descompone la roca fundida en fragmentos vidriosos, que obtienen una carga en el proceso. Cuanta más ceniza albergue esa columna de humo, más posibilidades hay de que estas partículas colisionen y se fracturen dentro de las nubes, produciendo aún más carga que puede provocar relámpagos.

Los investigadores han sospechado desde hace tiempo que el hielo también desempeña un papel importante a la hora de provocar espectáculos de luz volcánicos. Las columnas de humo eruptivas, incluso las de los volcanes que no están rodeados de mar, están cargadas de agua que antes estaba atrapada en el magma. Stephen McNutt, experto en relámpagos volcánicos de la Universidad del Sur de Florida que no participó en el estudio, explica que cuando estas columnas se elevan lo suficiente en la atmósfera como formar hielo, las tasas y la intensidad de los relámpagos suelen dispararse.

«Es una zona gris de la producción de relámpagos volcánicos bastante intrigante», afirma Van Eaton.

La torre helada del Anak Krakatoa

El Anak Krakatoa indonesio sacó la cabeza sobre las olas en 1929, casi medio siglo después de que su pariente, el volcán Krakatoa, explotara dejando un cráter enorme en el fondo marino en una de las mayores erupciones en la historia documentada. Década tras década, el Anak Krakatoa ha seguido ascendiendo hacia el cielo, pero hace dos años su ascenso se detuvo cuando una de sus laderas se derrumbó en el mar.

El agua marina inundó el sistema y se evaporó en nubes volcánicas gigantescas que alcanzaron una altitud de hasta 17 kilómetros, según los análisis satelitales. Es probable que abundara la ceniza en los niveles más bajos, algo que evidencia el considerable goteo de trozos de vidrio en las orillas circundantes. Pero la ceniza no pareció alcanzar las cimas de las nubes, lo que produjo nubes blancas como las de una tormenta eléctrica normal y corriente.

Los datos infrarrojos y los modelos sugieren que el hielo de las nubes volcánicas era muy abundante, ya que contenían una masa de agua congelada equivalente a 600 000 elefantes asiáticos, o cinco veces la cantidad de hielo presente en las nubes no volcánicas cercanas. Esta no fue la erupción con más hielo que han documentado los vulcanólogos, pero la tormenta duró casi una semana gracias a un suministro constante de agua marina. Las tasas de relámpagos también fueron altísimas, con una media de 8,7 por minuto.

En imágenes por satélite del fenómeno, aparecían y desaparecían nubes hinchadas y tormentas eléctricas tropicales sobre los océanos Índico y Pacífico, pero la tormenta sobre el Anak Krakatoa siguió en su lugar, «justo donde ocurre la acción», afirma Prata.

«Es una tormenta eléctrica enorme y fantástica», afirma Karen Aplin, que se especializa en la electricidad atmosférica en la Universidad de Bristol y no formó parte de la nueva investigación.

Un interruptor de los relámpagos

Van Eaton cuenta que los indicios de que el hielo sobrecarga las tormentas volcánicas se remontan a mediados de los 60, cuando un audaz equipo de científicos arriesgó sus vidas para estudiar las erupciones del volcán de Surtsey en la costa de Islandia. Los investigadores se acercaron peligrosamente en barco a las orillas de la isla volcánica y unos cuantos aviones volaron a través de las columnas de humo para documentar las explosiones del Surtsey.

Aunque gran parte de los relámpagos observados estaban vinculados a los chorros negros de ceniza volcánica, los investigadores avistaron un periodo de electricidad intensa que destelleaba en el cielo. Sugirieron que podría haberse debido a un proceso similar a una tormenta eléctrica meteorológica, lo que significaría que lo provocó el hielo.

Sin embargo, décadas de investigación han puesto de manifiesto la complejidad de los procesos del hielo en los relámpagos volcánicos. Los patrones de los relámpagos de una erupción no se traducen necesariamente a otra. Por ejemplo, solo hubo relámpagos en la mitad de las explosiones durante la erupción de 2016 y 2017 del volcán Bogoslof de Alaska.

Los análisis posteriores revelaron que solo las columnas de humo que superaban la altitud a la que se forma el hielo producían relámpagos intensos. Este cambio drástico sorprendió a Van Eaton, que «antes consideraba el papel del hielo una especie de impulso adicional de los relámpagos», afirma. En el Bogoslof, la presencia o la ausencia del hielo era como un interruptor que encendía y apagaba los tentáculos de luz.

Los análisis del Bogoslof y el Anak Krakatoa aportan una imagen detallada del complejo abanico de factores que deben combinarse para provocar una chispa. Conforme mejoran los métodos actuales, es probable que los investigadores sigan sonsacando más detalles sobre la mecánica de los relámpagos volcánicos.

Van Eaton recuerda con claridad los vídeos de los arriesgados trabajos de Surtsey en los 60. «Ahora estamos volviendo con herramientas y técnicas más modernas para demostrar que acertaron».

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.