Una columna de erupción o penacho eruptivo es una nube de cenizas y tefras supercalentadas suspendidas en gases emitidos durante una erupción volcánica explosiva . Los materiales volcánicos forman una columna o penacho vertical que puede elevarse muchos kilómetros en el aire por encima del respiradero del volcán. En las erupciones más explosivas, la columna de erupción puede elevarse más de 40 km (25 mi), penetrando la estratosfera . La inyección estratosférica de aerosoles por parte de los volcanes es una de las principales causas del cambio climático a corto plazo .
Un fenómeno habitual en las erupciones explosivas es el colapso de la columna, que se produce cuando la columna es o se vuelve demasiado densa para ser elevada por convección del aire y, en su lugar, cae por las laderas del volcán para formar flujos o mareas piroclásticas (aunque estas últimas son menos densas). En algunas ocasiones, si el material no es lo suficientemente denso para caer, puede crear nubes pirocumulonimbus .
Las columnas de erupción se forman en la actividad volcánica explosiva, cuando la alta concentración de materiales volátiles en el magma ascendente hace que se rompa en ceniza volcánica fina y tefra más gruesa . La ceniza y la tefra son expulsadas a velocidades de varios cientos de metros por segundo y pueden elevarse rápidamente a alturas de varios kilómetros, levantadas por enormes corrientes de convección .
Las columnas de erupción pueden ser transitorias, si se forman por una explosión discreta, o sostenidas, si se producen por una erupción continua o explosiones discretas poco espaciadas.
Los materiales sólidos y líquidos en una columna de erupción se elevan mediante procesos que varían a medida que el material asciende: [1]
La columna dejará de ascender una vez que alcance una altitud en la que sea más densa que el aire circundante. Varios factores controlan la altura que puede alcanzar una columna de erupción.
Los factores intrínsecos incluyen el diámetro del respiradero en erupción, el contenido de gas del magma y la velocidad a la que se expulsa. Los factores extrínsecos pueden ser importantes, ya que los vientos a veces limitan la altura de la columna y el gradiente de temperatura térmica local también juega un papel. La temperatura atmosférica en la troposfera normalmente disminuye alrededor de 6-7 K / km, pero pequeños cambios en este gradiente pueden tener un gran efecto en la altura final de la columna. Teóricamente, se cree que la altura máxima alcanzable de la columna es de unos 55 km (34 mi). En la práctica, se observan alturas de columna que varían de aproximadamente 2 a 45 km (1,2 a 28,0 mi).
Las columnas de erupción con alturas de más de 20-40 km (12-25 mi) atraviesan la tropopausa e inyectan partículas en la estratosfera . Las cenizas y los aerosoles en la troposfera son rápidamente eliminados por la precipitación , pero el material inyectado en la estratosfera se dispersa mucho más lentamente, en ausencia de sistemas meteorológicos . Cantidades sustanciales de inyección estratosférica pueden tener efectos globales: después de la erupción del Monte Pinatubo en 1991, las temperaturas globales cayeron alrededor de 0,5 °C (0,90 °F). Se cree que las erupciones más grandes causan caídas de temperatura de varios grados y son potencialmente la causa de algunas de las extinciones masivas conocidas .
La altura de las columnas de erupción es una forma útil de medir la intensidad de las erupciones, ya que, para una temperatura atmosférica dada, la altura de la columna es proporcional a la raíz cuarta de la tasa de erupción de masa. En consecuencia, dadas condiciones similares, para duplicar la altura de la columna se requiere una erupción que expulse 16 veces más material por segundo. La altura de la columna de erupciones que no se han observado se puede estimar mediante el mapeo de la distancia máxima que los piroclastos de diferentes tamaños son transportados desde el respiradero: cuanto más alta sea la columna, más material expulsado de una masa particular (y, por lo tanto, de un tamaño) puede ser transportado.
La altura máxima aproximada de una columna de erupción viene dada por la ecuación.
Dónde:
Las columnas de erupción pueden llegar a estar tan cargadas de material denso que sean demasiado pesadas para ser sostenidas por corrientes de convección. Esto puede suceder repentinamente si, por ejemplo, la velocidad a la que se expulsa magma aumenta hasta un punto en el que no se arrastra suficiente aire para sostenerlo, o si la densidad del magma aumenta repentinamente a medida que se extrae magma más denso de las regiones inferiores de una cámara de magma estratificada .
Si esto sucede, el material que llega al fondo de la región de empuje convectivo ya no puede ser sostenido adecuadamente por la convección y caerá por gravedad , formando un flujo o oleada piroclástica que puede viajar por las laderas de un volcán a velocidades de más de 100-200 km/h (62-124 mph). El colapso de la columna es uno de los peligros volcánicos más comunes y peligrosos en las erupciones que crean columnas.
Varias erupciones han puesto en grave peligro a las aeronaves que han entrado en contacto con la columna de erupción o han pasado por ella. En dos incidentes separados en 1982, aviones de pasajeros volaron hacia las partes altas de una columna de erupción desprendida por el monte Galunggung , y las cenizas dañaron gravemente a ambas aeronaves. Los peligros particulares fueron la ingestión de cenizas que paralizaron los motores, el chorro de arena de las ventanas de la cabina de mando que las dejó opacas en gran parte y la contaminación del combustible por la ingestión de cenizas a través de los conductos de presurización. El daño a los motores es un problema particular ya que las temperaturas dentro de una turbina de gas son lo suficientemente altas como para que la ceniza volcánica se funda en la cámara de combustión y forme una capa de vidrio en los componentes que se encuentran más abajo, por ejemplo en las palas de la turbina.
En el caso del vuelo 9 de British Airways , el avión perdió potencia en los cuatro motores, y en el otro, diecinueve días después, tres de los cuatro motores fallaron en un 747 de Singapore Airlines. En ambos casos, los motores se reiniciaron con éxito, pero los aviones se vieron obligados a realizar aterrizajes de emergencia en Yakarta .
En 1989, una columna de erupción sobre el volcán Redoubt en Alaska causó daños similares a aeronaves. Tras la erupción del monte Pinatubo en 1991, las aeronaves fueron desviadas para evitar la columna de erupción, pero aun así, la ceniza fina que se dispersó sobre una amplia zona del sudeste asiático causó daños a 16 aeronaves, algunas a una distancia de hasta 1.000 km (620 mi) del volcán.
Las columnas de erupción no suelen ser visibles en los radares meteorológicos y pueden quedar ocultas por las nubes o por la noche. [3] Debido a los riesgos que plantean las columnas de erupción a la aviación, existe una red de nueve Centros de Aviso de Cenizas Volcánicas en todo el mundo que monitorean continuamente las columnas de erupción utilizando datos de satélites, informes terrestres, informes de pilotos y modelos meteorológicos. [4]
