Los gases volcánicos son sustancias volátiles liberadas por un volcán o una zona volcánicamente activa. Los gases volcánicos siempre están implicados en las erupciones volcánicas, pero a menudo también son emitidos por volcanes en desgasificación pasiva (inactivos). Las sustancias volátiles son elementos o compuestos químicos disueltos en el magma que forman un gas a una presión y temperatura relativamente bajas3.
La zona geotermal en Islandia, cerca del lago Myvatn, es un hermoso lugar con un desagradable olor a sulfuro de hidrógeno.
Antaño se creía que cada volcán tenía su tipo particular de gas: dióxido de azufre en el Etna, cloruro de hidrógeno en el Vesubio, dióxido de carbono en el Puracé (Colombia), etc. En la década de 1850, el mineralogista francés Charles Sainte-Claire Deville demostró que no era cierto3. Sin embargo, cada volcán tiene su propio carácter (mezcla media de diferentes especies de gas) que es el resultado de la composición del magma, el entorno tectónico, la profundidad de desgasificación, las interacciones con las aguas subterráneas y los sistemas hidrotermales, la composición de la corteza, etc.
El constituyente más importante del gas volcánico es el vapor de agua (forma alrededor del 90% de todos los gases1) aunque la concentración es menor (alrededor del 60%) en los gases procedentes directamente de los cráteres3. La siguiente especie gaseosa más importante es el dióxido de carbono (CO2), que constituye aproximadamente el 10…40% de los gases. Los compuestos de azufre, dióxido de azufre (SO2) y sulfuro de hidrógeno (H2S) también son muy importantes. Los elementos químicos Cl, F y Br se presentan como ácidos (combinados con el hidrógeno del agua para formar ácido clorhídrico, fluorhídrico y bromhídrico). También son componentes muy comunes, aunque su composición es muy variable. El hidrógeno (H2), el monóxido de carbono (CO), el metano (CH4), el azufre (S2), el nitrógeno (N2), el amoníaco (NH3), el oxígeno (O2) y los gases raros están presentes en menores cantidades. También están presentes numerosos metales (Pb, Zn, Cd, Hg, Cu, Bi, Na, K) en niveles mínimos. Se transportan principalmente como cloruros y fluoruros2.
Los gases volcánicos en Hawai son ricos en dióxido de carbono y dióxido de azufre. Flanco del Kilauea entre Pu’u O’o y la costa.
Magma en desintegración en el cráter de la fosa (colapso) Halema’uma’u dentro de la caldera de la cumbre del Kilauea en Hawai.
Paisaje islandés cerca del volcán Krafla. Las rocas del primer plano están cubiertas de minerales (azufre, yeso) precipitados por los gases volcánicos.
Las fuentes de los gases volcánicos
Hay tres depósitos principales que proporcionan componentes volátiles para formar el gas volcánico.
- El manto
- La corteza
- La atmósfera &la hidrosfera
El material del manto domina si el propio volcán se alimenta de un material procedente de las profundidades. Este es el caso del vulcanismo de punto caliente bajo la corteza oceánica. Un buen ejemplo es Hawái. Estos volcanes emiten mezclas de gases relativamente ricas en compuestos de azufre y carbono pero, sobre todo, contienen poca agua. Esta es la misma razón que explica por qué Hawái y otros volcanes insulares similares alejados de los márgenes continentales no son muy explosivos: no emiten mucho vapor de agua. Es la acumulación de gases dentro del edificio volcánico lo que da lugar a un comportamiento explosivo.
Los gases volcánicos de los volcanes de los márgenes continentales (los volcanes del Anillo de Fuego que rodean la cuenca del Pacífico, por ejemplo) tienen una composición más versátil y variable porque también incorporan el material de la corteza, que puede tener una composición muy variable. Estos volcanes suelen ser de naturaleza explosiva porque su magma es grueso (la composición más silícea dificulta la liberación de sustancias volátiles) y además contiene mucha agua que se expande más de 1000 veces cuando pasa del estado disuelto (dentro del magma) a la fase gaseosa separada.
La mancha de barro es un tipo de fumarola. Los gases volcánicos ácidos corroen las rocas circundantes, convirtiéndolas en lodo acuoso que parece hervir debido al burbujeo. Este mudpot se encuentra en Islandia, cerca del volcán Krafla.
¿De dónde viene esa agua? Hay dos fuentes principales. Este tipo de vulcanismo está asociado a las zonas de subducción. Las placas de corteza oceánica subducidas arrastran minerales hidratados bajo la corteza continental, donde empiezan a liberar agua debido a la inmensa presión. Además, esta agua ayuda a fundir las rocas, que empiezan a ascender en forma de magma líquido y acaban creando una cadena de volcanes en el margen continental (como las Cascadas, por ejemplo). Esta agua formaba originalmente parte del sistema hidrosfera-atmósfera, pero al pasar por el proceso de subducción ya no se considera parte de él. Otra fuente importante de agua en los gases volcánicos es el agua meteórica. Se trata básicamente de agua de lluvia, ya sea directamente o indirectamente a través de masas de agua que contienen agua de lluvia. El sistema hidrosfera-atmósfera no sólo aporta agua, sino también sustancias disueltas en el agua (oxígeno y otros gases atmosféricos). Por lo tanto, la mezcla particular de gases volcánicos depende en gran medida de las condiciones locales.
También cabe mencionar que el gas volcánico (o parte de él) no tiene por qué ser resultado de la desgasificación del magma. Puede ser simplemente agua subterránea calentada por el vulcanismo cercano. Los gases volcánicos pueden desprenderse de los cráteres de las cumbres, pero también de las grietas de los flancos (fumarolas) o pueden liberarse de forma difusa a través del suelo (especialmente especies no reactivas como el CO2 y el He3).
Sulphur Springs, Santa Lucía. Santa Lucía es una isla volcánica situada encima de una zona de subducción.
La influencia de los gases volcánicos en el clima y el medio ambiente
Los científicos estudian, obviamente, los gases volcánicos para conocer el funcionamiento interno de un volcán y estar mejor preparados para futuras erupciones. Pero también es muy interesante estudiar los gases porque han influido inmensamente en la composición de la atmósfera terrestre (y también de la hidrosfera) en el pasado y siguen haciéndolo también en el futuro.
La atmósfera terrestre y la hidrosfera influyen en gran medida en la composición de los gases volcánicos, pero es interesante observar que tanto la atmósfera como la hidrosfera son el resultado de la desgasificación del magma. Todos los componentes principales (nitrógeno, dióxido de carbono, agua) de estas geosferas son de origen volcánico (la notable excepción es el oxígeno). Es probable que la Tierra primigenia estuviera totalmente fundida. En cuanto se enfrió, el agua comenzó a acumularse en las zonas más bajas como agua de lluvia condensada a partir de las nubes de vapor volcánicas. La atmósfera primordial también era muy rica en dióxido de carbono. El nivel actual del 0,04% puede parecernos mucho porque hace sólo unas décadas era del 0,035%. Se trata de un cambio importante y muy rápido, probablemente causado por la actividad humana. Pero la Tierra ha visto épocas en las que el nivel de CO2 ha sido muchas decenas de veces mayor. Incluso durante la historia relativamente reciente (reciente si se compara con los 4.500 millones de años de historia de la Tierra), cuando los dinosaurios gobernaban la Tierra, había al menos cinco veces más CO2 en el aire. En consecuencia, la temperatura media del aire era también significativamente más alta (unos 22 °C) debido a un efecto invernadero más intenso.
El azufre precipitado de los gases volcánicos en Islandia, volcán Krafla. Los compuestos de azufre (especialmente el dióxido de azufre) tienen el potencial de afectar gravemente al clima y al medio ambiente.
Los gases volcánicos son, por tanto, variables muy influyentes que modifican el clima de la Tierra, pero la forma en que influyen no es en absoluto sencilla y directa. El dióxido de carbono y muchos otros compuestos volátiles liberados por los volcanes (como el vapor de agua y el dióxido de azufre) son potentes gases de efecto invernadero, pero algunas sustancias tienen el efecto refrigerante contrario. El SO2 destaca especialmente por su función tanto de enfriamiento como de calentamiento. Calienta la atmósfera como gas de efecto invernadero, pero también forma aerosoles de ácido sulfúrico que pueden permanecer en la estratosfera durante varios años y tener un efecto claramente refrigerante como bruma que retrodispersa la radiación solar entrante.
La gran mayoría de las erupciones volcánicas tienen un efecto muy limitado y local sobre el clima y el medio ambiente. Esto se debe a que (1) la cantidad de gases liberados es pequeña, (2) la erupción no dura lo suficiente, (3) la nube de la erupción no alcanza la altura suficiente para penetrar en la estratosfera. Esto último es muy importante porque los aerosoles troposféricos serán eliminados en una semana. La duración también es muy importante porque, para tener un efecto duradero en el medio ambiente, el sistema climático océano-atmósfera debe llegar a un equilibrio con las perturbaciones volcánicas. Eso no va a ocurrir si la erupción dura sólo unos meses aunque sea relativamente potente.
Área geotermal cerca de Strokkur (el géiser más famoso de Islandia) en Islandia.
El efecto más severo sobre el clima proviene de erupciones basálticas de gran escala y larga duración que se conocen como eventos de inundación basáltica. ¿Por qué la erupción tiene que ser basáltica? ¿La erupción silícica común no contiene más gases volcánicos? Sí, es cierto, pero estos gases que provocan las potentes erupciones silícicas están compuestos en su mayor parte por vapor de agua que no causan estragos en el clima y el medio ambiente de la Tierra. En cambio, las erupciones basálticas contienen más dióxido de azufre, que tiene mucho más potencial para causar daños medioambientales a largo plazo. Los eventos basálticos de inundación son tan influyentes debido a su potencia, larga duración y mucho azufre.
Hoy en día los científicos están relacionando cada vez más las formaciones de basalto de inundación con los principales eventos de extinción en la historia de la Tierra. La extinción de los dinosaurios hace 65 millones de años se ha asociado durante mucho tiempo con el evento de impacto en la península de Yucatán, que sin duda tuvo un efecto negativo en el medio ambiente. Por otro lado, es poco probable que sea el único culpable porque fue un evento instantáneo que tuvo efectos de corta duración. Parece más probable que se necesiten cientos, si no miles, de años para alterar constantemente la química océano-atmósfera y provocar extinciones masivas. El hecho de que el evento de extinción del final del Cretáceo, que puso fin a la dominación de los dinosaurios, esté asociado al evento de basalto de la inundación del Decán, da más crédito a esta hipótesis. Otro evento de extinción mucho más severo hace 250 millones de años también es covalente con una importante formación de basalto de inundación en Siberia.
Aunque los volcanes pueden ser responsables de grandes eventos de extinción, también es probable que hayan salvado la vida en la Tierra al menos una vez. Hace unos 650 millones de años. Este momento de la historia de la Tierra se conoce como el evento de la Tierra Bola de Nieve. La mayor parte de la Tierra estaba cubierta de hielo, lo que aumentó significativamente la reflectividad (albedo) de la Tierra, lo que ayudó a enfriarla aún más. Esta situación no debería volver a las condiciones normales. Sin embargo, de alguna manera sucedió. Probablemente debido a la intensificación de la actividad volcánica que bombeó gran cantidad de gases de efecto invernadero a la atmósfera.
Los volcanes y los gases volcánicos en particular tienen un papel importante y complicado en la modificación del clima y la atmósfera. Sabemos que el nivel actual de vulcanismo de fondo no contribuye significativamente al calentamiento global ni a la alteración del medio ambiente de la Tierra. Pero la historia de la Tierra ha demostrado claramente que tienen poder para hacerlo.
Fumarole en el lago de lava Kilauea Iki en Hawai.
Peligros asociados a los gases volcánicos
Los gases volcánicos parecen ser un peligro relativamente menor si contamos las víctimas dejando de lado las víctimas mortales causadas por las corrientes de densidad piroclástica (PDC). Las PDC son muy mortíferas, pero este fenómeno suele tratarse por separado porque no se trata sólo de una nube de gas ardiente, sino también de una mezcla de material rocoso de diversos tamaños. Aunque el número total de muertes causadas por los gases volcánicos es relativamente modesto, la asfixia no es definitivamente una forma agradable de morir. ¿Cuáles son entonces los peligros y qué se puede hacer para evitarlos?
La mayoría de los componentes comunes de los gases volcánicos son peligrosos para los seres humanos y otras formas de vida en concentraciones elevadas. Los principales culpables de causar muertes o problemas de salud son el dióxido de carbono, el dióxido de azufre, el sulfuro de hidrógeno, el ácido clorhídrico, el ácido fluorhídrico y el ácido sulfúrico.
Gases volcánicos que se elevan desde la caldera de la cumbre del volcán Kilauea en Hawai.
Dióxido de carbono
El dióxido de carbono es inofensivo en pequeñas cantidades (el 0,04% del aire es CO2) pero puede causar un coma casi instantáneo si se concentra lo suficiente. El CO2 es inodoro e incoloro y más denso que el aire. Esto significa que el peligro es difícil de detectar, pero tenemos que asegurarnos de que en las zonas de actividad volcánica nos lo pensaremos dos veces antes de ir a explorar cualquier tipo de agujeros, cráteres o depresiones porque pueden estar llenos de este gas. El dióxido de carbono ha causado un gran número de víctimas asociadas a los gases volcánicos. Especialmente famoso es el suceso del lago Nyos que mató a 1700 personas en Camerún. No voy a entrar en detalles porque este suceso ya está bien descrito en otro lugar y, en segundo lugar, porque se trata de un suceso notable pero en absoluto generalizado. Sólo hay dos casos (los sucesos del lago Nyos y del cercano lago Monoun en 1986 y 1984, respectivamente) en los que se ha documentado una liberación tan rápida y a gran escala de dióxido de carbono de los lagos4.
El dióxido de carbono también es letal para la vegetación, aunque en menores cantidades todas las plantas verdes lo necesitan para la fotosíntesis. Incluso los árboles grandes pueden morir si hay tanto CO2 en el suelo que las raíces de los árboles ya no pueden absorber oxígeno. La zona más famosa de este tipo se encuentra en el Bosque Nacional de Inyo, en California. Mi historia personal, divertida y triste, asociada a este lugar es que, aunque me considero un fotógrafo aficionado a todo lo geológico, aparentemente no tomé una foto de este lugar aunque vi estos árboles secos allí con mis propios ojos. Esto sucede, supongo, especialmente si eres lo suficientemente estúpido como para pensar que los árboles muertos no tienen nada que ver con la geología.
Dióxido de azufre
El dióxido de azufre tiene un olor distinto y penetrante que es detectable ya en concentraciones tan bajas como 1 ppm (una parte por millón). Recuerdo una respiración en los flancos del Kilauea, cerca de la lava que fluye, que fue tan agudamente irritante para mi nariz que me hizo girar y correr instantáneamente. Era el olor del SO2 en una concentración muy superior a 1 ppm. Quizás tú también lo hayas sentido. Al encender una cerilla demasiado cerca de la nariz se puede sentir una sensación de ardor y desagradable que es causada por el mismo compuesto de azufre. El dióxido de azufre reacciona con el agua del aire para formar ácido sulfúrico, que se precipita en forma de lluvia ácida y, además, retrodispersa la radiación del Sol, con lo que disminuye la temperatura media.
Los gases volcánicos suelen ser ricos en azufre, especialmente las lavas de composición máfica. El mineral amarillo brillante es azufre elemental. La fumarola sulfurosa se conoce como solfatara. Sulphur Banks, Hawaii.
Sulfuro de hidrógeno
El sulfuro de hidrógeno es otro gas tóxico que también tiene un olor distinto y bastante desagradable, a menudo asociado a los huevos podridos. Esto, me temo, no es demasiado útil para la mayoría de la gente porque los huevos podridos parecen ser una curiosidad difícil de encontrar hoy en día. De todos modos, este compuesto de azufre y su olor son fácilmente perceptibles y muy comunes en las zonas de actividad volcánica. Además, ese gas es más pesado que el aire y tiende a concentrarse en las zonas bajas. En 1971, seis esquiadores de descenso en Japón murieron casi instantáneamente al pasar por una depresión llena de él4. Muchas otras víctimas mortales relacionadas con los gases volcánicos también están directamente asociadas a este compuesto de azufre.
HCl y HF
Los humos procedentes de zonas volcánicas son ácidos no sólo por el ácido sulfúrico sino también por el cloruro de hidrógeno y el fluoruro de hidrógeno. El primero es el principal constituyente del ácido gástrico y lo lleva también en una pequeña botella todo geólogo de campo serio porque hace una prueba fácil para las rocas carbonatadas (para determinar si es piedra caliza o dolomía). El HCl no es realmente una amenaza muy seria para nuestras vidas (aunque ha causado muertes, por supuesto) pero contribuye a la lluvia ácida, causa problemas respiratorios y es irritante para los ojos. En Hawai, la neblina de lava (o laze) se forma cuando la lava fundida que fluye hacia el mar inicia una reacción química entre los iones salinos disueltos en el agua de mar y el agua que da lugar al ácido clorhídrico. Los geólogos también utilizan el ácido fluorhídrico (HF), pero esta vez en laboratorios y en condiciones cuidadosamente controladas, porque esta sustancia es realmente desagradable. Es extremadamente irritante para la piel y las quemaduras se curan lentamente. El contacto con los ojos provoca graves quemaduras y ceguera si no se elimina inmediatamente con agua corriente.
Lava laze (lava + bruma) en Hawai. Esta nube de humo está compuesta por vapor de agua pero también contiene mucho ácido clorhídrico. Surge del lugar donde la lava fluye hacia el mar desde un túnel de lava.
El ácido clorhídrico se forma cuando el agua del mar reacciona con la sal (cloruro de sodio) disuelta en ella.
Entonces, qué podemos hacer para evitar los peligros asociados a los gases volcánicos. Es muy fácil. Aléjate de los volcanes y no pasará nada malo. Sin embargo, si esto no es lo que querías oír entonces te recomiendo que evites definitivamente las zonas bajas donde se pueden acumular los gases densos y también que trates de prestar atención a la dirección del viento. Intenta mantenerte a barlovento (contra el viento) de las fuentes de gases volcánicos y si realmente tienes que ir a lugares realmente peligrosos entonces espero que ya sepas lo que haces porque eres un vulcanólogo profesional con una buena máscara antigás y ropa protectora.
Zona geotermal en Islandia cerca de Viti Maar con manchas de barro y azufre amarillo.
Fumarole de lodo (mudpot) en Islandia.
Otro mudpot en Islandia.
1. Jackson, J. A. (1997). Glosario de geología
2. Gerlach, T. M. (1999). Volcanic Gases. En: Encyclopedia of Geochemistry (Encyclopedia of Earth Sciences Series)
3. Delmelle, Pierre & Stix, John (1999). Volcanic Gases. En: Encyclopedia of Volcanoes
4. Williams-Jones, Glyn & Rymer, Hazel (1999). Hazards of Volcanic Gases. En: Encyclopedia of Volcanoes