Desentrañando los procesos magmáticos

Los estudios del flujo de lava son fundamentales para comprender los procesos que conforman nuestra Tierra dinámica. En particular, el conocimiento de las tensiones mecánicas bajo las cuales el magma se comporta como un material dúctil o frágil es de suma importancia en vulcanología, geodinámica y ciencias planetarias. El interés se centra decididamente en investigar el área de transición frágil-dúctil.

En este escenario, los científicos iniciaron el proyecto «Rheophysics and energy of magmas» (RHEA), financiado por la Unión Europea. Pretendían separar el campo de flujo estable del metaestable para materiales fundidos con cristales y realizar una estimación de la aparición del comportamiento frágil. Para ayudar en ello, el trabajo se dirigió hacia la investigación experimental y numérica de la distribución de energía en los magmas.

Los científicos compararon simulaciones numéricas con muestras deformadas a altas presiones y temperaturas, lo cual permitió obtener información más detallada de los procesos responsables de la deformación del magma. En particular, RHEA desarrolló uno de los primeros reómetros numéricos para medir las suspensiones magmáticas a partir de mediciones reales y formuló nuevas leyes para modelos a mayor escala.

Los miembros del proyecto utilizaron un método de elementos finitos para modelizar el comportamiento microhidrodinámico de la suspensión. Para calcular los flujos, se utilizó otra técnica basada en la hidrodinámica de partículas suavizadas. Aunque este método se centraba en los depósitos de flujo de masa por gravedad, el código desarrollado puede servir para investigar la dinámica de flujo desde la cámara magmática al emplazamiento.

El equipo del proyecto realizó el primer estudio coherente en el que relaciona la transición a magma frágil con la fracción cristalina. Las pruebas experimentales incluyeron la generación de magmas sintéticos bien controlados con distintas fracciones cristalinas. Una prensa Paterson de alta temperatura y presión permitió medir la viscosidad.

También se realizaron pruebas de resistencia adicionales con aparatos experimentales cónicos y de placas con distintos fluidos análogos. Distintas partículas, como esferas huecas, perlas de vidrio y partículas de plástico, sirvieron para imitar la gama completa de comportamientos del magma.

Las mediciones oscilatorias ayudaron a los científicos a estudiar las propiedades viscoelásticas de las suspensiones con fracciones cristalinas distintas y determinar la aparición del comportamiento no Newtoniano en fluidos que contienen partículas.

RHEA contribuyó de forma muy importante a profundizar en el conocimiento de los procesos implicados durante la deformación del magma. Los modelos desarrollados deberían poder aplicarse en una amplia gama de campos de las ciencias de la Tierra.