Los relámpagos volcánicos y el origen de la vida

Alfonso Blázquez Castro, Universidad Autónoma de Madrid

La reciente erupción en la isla de La Palma ha puesto en el centro de atención el fenómeno del vulcanismo en sus múltiples facetas. Aparte de familiarizarnos con las coladas de lava, las eyecciones de ceniza o la creación de fajanas, se han podido observar impresionantes descargas eléctricas en la nube de ceniza sobre el volcán.

Estos relámpagos volcánicos son un fenómeno muy curioso y relativamente frecuente en las erupciones. Además, su presencia puede tener consecuencias importantes en el ambiente cercano al volcán donde ocurren.

Relámpago volcánico captado durante la erupción de La Palma a mediados de octubre de 2021. Radio Televisión Canaria, Author provided

¿Cómo se producen los relámpagos volcánicos?

Estos rayos sobre los volcanes se producen por diversos mecanismos, algunos parecidos a los que se producen en las nubes de tormenta.

En la nube, los cristales de hielo y las gotas de agua se mueven a gran velocidad a merced de los fuertes vientos. El rozamiento y los choques entre cristales y gotitas dan lugar a cargas eléctricas. Cuando la carga acumulada alcanza un cierto valor, se produce el rayo.

En las erupciones volcánicas se han propuesto dos mecanismos básicos de producción de carga eléctrica: la triboelectricidad y la fractoelectricidad. Es importante indicar que estos mecanismos no son excluyentes entre sí y probablemente estén actuando a la vez en las erupciones.

La triboelectricidad es la electricidad generada por el roce y frotamiento de los materiales. Es el origen de la electricidad que atrae trocitos de papel a un peine después de que lo frotemos con la ropa. O de los chasquidos que escuchamos al quitarnos una prenda en un ambiente seco. Y es también el mecanismo que carga de electricidad las nubes de tormenta, como se ha comentado más arriba.

Durante la expulsión de los gases y la ceniza a través del cono volcánico, se producen corrientes bastante fuertes que provocan mucha turbulencia y un rozamiento muy intenso de los granos de ceniza y la lava expulsados. Este rozamiento da lugar a la carga eléctrica que, una vez alcanza un cierto valor, provoca la descarga eléctrica que observamos como relámpago.

Los científicos han sido capaces de reproducir este fenómeno a pequeña escala, como se muestra en la siguiente foto. Expulsaron gases y cenizas a alta presión a través de un tubo. Al salir por la boca del tubo, se produjeron chispas eléctricas –relámpagos– de unos pocos centímetros.

Experimento de producción de descargas eléctricas en cenizas de volcán. El chorro de gas a alta velocidad arrastra el polvo de ceniza (polvo oscuro). El rozamiento del polvo consigo mismo genera una chispa eléctrica (centro de la imagen) de unos 2 cm de longitud. Cimarelli y col. (2014), Author provided

El segundo mecanismo, la fractoelectricidad, tiene su origen en la rotura violenta del material volcánico al salir por el cráter. Estas fracturas y la pulverización también generan importantes cargas eléctricas. De nuevo, si la cantidad de carga alcanza un valor crítico, se produce el relámpago.

Ambos mecanismos, triboelectricidad y fractoelectricidad, ocurren a la vez. El peso de cada uno en la inducción del rayo dependerá de muchos factores, como la composición de la lava, de los gases, la velocidad de expulsión, etc.

Nubes sobre el volcán

En ciertas ocasiones el vapor de agua presente, bien expulsado por el propio volcán o presente en la atmósfera cercana, genera grandes nubes sobre el cono. Dentro de estas nubes se pueden dar procesos casi idénticos a los que ocurren en una nube de tormenta. Por tanto, se pueden producir relámpagos también.

Los relámpagos volcánicos, al igual que los de tormenta, representan un peligro potencial para las personas y animales que se encuentren cerca de la erupción. Sea cual sea el mecanismo que los produce, se conocen casos de impacto de rayos volcánicos a 20 y 30 km del volcán. Por lo tanto, es necesario tomar precauciones cerca de una erupción.

Dado que la propia erupción supone un grave riesgo, lo normal es que las personas abandonen las cercanías del cráter rápidamente, por lo que los casos de golpes por rayos son muy escasos.

Los relámpagos alteran el medio cercano al volcán

En años recientes, los científicos han sido capaces de identificar algunas de las consecuencias de estos rayos volcánicos. Por ejemplo, las propias cenizas que flotan sobre el volcán pueden resultar afectadas por los relámpagos. Debido a las altísimas temperaturas que se pueden alcanzar en estas descargas (más de 20 000 ℃), las cenizas se funden. Al hacerse sólidas de nuevo toman forma de esferas micróscopicas.

Estas esférulas de vidrio volcánico pueden afectar a la salud al ser aspiradas. También pueden alterar las propiedades químicas de las propias partículas y del suelo una vez caen desde el aire.

Por otra parte, los relámpagos son importantes fuentes de gases nocivos para la salud. Generan óxidos de nitrógeno (NOx) y ozono. Los NOx son los principales contaminantes en las grandes ciudades y los culpables de esas siniestras boinas marrones que podemos ver sobre dichas ciudades a menudo. En cuanto al ozono, se trata de un gas deseable como protector contra la luz ultravioleta siempre que esté a gran altura, en la estratosfera. Su presencia cerca de la superficie no es deseable, y también puede generar problemas respiratorios.

Relámpagos volcánicos y el origen de la vida

Un aspecto muy relevante de este fenómeno es su posible participación en el origen de la vida. Miles de millones de años atrás, la actividad volcánica del planeta era mucho mayor que en la actualidad. Por esto es seguro que los relámpagos volcánicos eran un fenómeno muy habitual y casi continuo. Experimentos de laboratorio y modelos por ordenador han tratado de simular estas condiciones.

Y, efectivamente, se ha encontrado que las descargas eléctricas de origen volcánico son fuente de algunas de las moléculas necesarias para explicar cómo se inició la vida. Eso convierte al estudio de la producción y las consecuencias de los relámpagos de origen volcánico en un área de gran interés científico.

Alfonso Blázquez Castro, Profesor ayudante doctor en Genética. Máster en Física de la luz – Fotónica, Universidad Autónoma de Madrid

Imagen destacada:Rayos durante la erupción del volcán islandés Eyjafjallajökull en 2010. Flikr / rachelcifelli, CC BY-SA

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.

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