Apuntes científicos desde el MIT

Cuando empiezas a recorrer el maravilloso Parque Nacional de Yellowstone te quedas prendado de su belleza paisajística, su diversidad orográfica, sus colores, su vida salvaje… y te sorprende pensar que todo lo que ves es fruto de la erupción de un volcán cuya caldera mide 65 km de diámetro. Un volcán todavía activo gracias a una enorme bolsa de magma (hotspot) que provoca la mayor concentración del mundo de géiseres, fuentes termales, y mudpots (calderas de barro). Para los centenares de científicos que realizan estudios en el parque, éste es uno de los lugares geológicamente más dinámicos de la Tierra.

Empecé preguntándole a la geóloga Cheryl Jaworowski sobre el trabajo de los vulcanólogos, y la rareza de un volcán que no se encuentra entre placas tectónicas sino encima de un hotspot cuya formación todavía intriga a los científicos.
Entonces, cogió una roca y me pidió que saliéramos fuera del edificio. Se situó en un punto determinado y me dijo: “Esta banda grisácea más intensa en la piedra son restos de la tercera gran erupción en Yellowstone. Ocurrió hace 640.000 años y fue la responsable de la forma actual del parque. La línea de rocas que ves en la cima del monte a mi espalda son restos de la erupción de hace 2.1 millones de años. Fue la primera en Yellowstone y una de las más grandes que nunca ha ocurrido en la Tierra. Si te giras 90 grados puedes observar rocas de hace 100 millones de años, del cretáceo. Las tenemos a la vista gracias a que la actividad volcánica las trajo a la superficie. Tuerces 90 grados más y ves el Bunsen Peak. Esa montaña está formada con las entrañas de un volcán diferente, hace 50 millones de años. En frente del pico, esa colina se originó por el deshielo de un glaciar hace 40.000 años. Y si vuelves a girar 90 grados, ahí puedes distinguir las fuentes termales causadas por la actividad actual del volcán. Si quieres podemos discutir nuestras investigaciones y detalles más abstractos sobre la historia geológica de Yellowstone y las teorías acerca del hotspot. Pero a veces, simplemente poder apreciar lo que tenemos a nuestro alrededor ya resulta fascinante”.
Tras dos días en Yellowstone, no puedo estar más de acuerdo.

Cuando subes una colina y descubres una balsa humeante de colores intensos te deja boquiabierto. Pero entender su formación y el origen de sus colores añade una nueva capa de belleza al espectáculo visual.
El agua del deshielo o la lluvia se filtra por el suelo del parque, pero a cierta profundidad empieza a calentarse por el magma subterráneo y busca caminos para regresar a la superficie. Si el camino es relativamente despejado forma hot-springs (fuentes termales) como la de la fotografía, la mayor del parque. El agua cargada de minerales emana a temperaturas superiores a 70 grados, condiciones ideales para ciertos microorganismos termófilos, que están encantados en este entorno extremo. Los colores amarillos, anaranjados y marrones que rodean la fuente termal son colonias de bacterias de gran interés científico. Algunas como las cianobacterias son parecidas a los primeros organismos fotosintéticos que oxigenaron la Tierra hace más de 2 mil millones de años. Otras, como el Termophilus Aquaticus se descubrió aquí y revolucionó la biología molecular cuando se empezó a utilizar para amplificar fragmentos de ADN con una técnica llamada PCR .

Los mudpots están formadas por un barro espeso tan ácido que derretiría tu carne si lo tocaras. Para los científicos fue una inverosímil sorpresa descubrir que un pH de 1.5 podía albergar alguna forma de vida. Pero no sólo eso, bacterias y arqueas (los organismos más extremófilos que existen) eran los responsables de esta acidez. El volcán emite sulfuro de hidrógeno por los mudpots. Allí, ciertos microorganismos utilizan este gas como fuente de energía y lo transforman en ácido sulfúrico, que derrite la roca y crea este aspecto fangoso. Lástima que en el blog no os pueda transmitir el intenso olor que se respiraba en la zona.

Sí que podría haber grabado el rugido de los géiseres antes de explotar. En algunas ocasiones el agua caliente se acumula en balsas subterráneas. Si además, la vía de escape es muy estrecha, cuando la presión pasa de un cierto valor se libera de golpe creando un géiser. Es espectacular. El que veis en la foto es el más alto del mundo. Pero de verdad, de nuevo me impresionó más las capas de microorganismos a su alrededor. Para algunos científicos son una ventana al pasado más remoto de la Tierra. Las condiciones iniciales en nuestro planeta podrían ser similares a las que ahora viven algunos de estos microorganismos. Su estudio revela pistas para el origen de la vida.
Además forman unas comunidades llamadas tapetes microbianos que constituyen un verdadero microecosistema. Una capa de bacterias superficial utiliza la luz para hacer fotosíntesis, por debajo otra capa vive sin oxígeno y se alimenta de los subproductos que los primeros generan. Y así a diferentes niveles de profundidad.

Yellowston es precioso. Fundado en 1872 fue el primer Parque Nacional que existió, y resulta admirable los esfuerzos que se dedican a conservación. En un solo día vi osos (confieso que de muy lejos), zorros, coyotes, ciervos, castores, marmotas, alces… e impresiona encontrarte de golpe una manada de bisontes paseando al lado de la carretera. Hablaremos de la vida macroscópica en otro post, pero en este, nos quedamos con la fabulosa diversidad de los microorganismos.

Antes de 1968, los habitantes de Pueblo Nuevo dudaban que aquella colina atestada de vegetación fuera un volcán. Los científicos lo decían, pero ellos no lo terminaban de creer...
Pueblo Nuevo ya no existe. No queda ni un sólo vestigio de su presencia. Quedó sepultado cuando el Volcán Arenal despertó de forma inesperada y empezó a expulsar rocas incandescentes llegadas del interior de la Tierra. 70 personas fallecieron.

El volcán Arenal todavía permanece activo, y ahora presenta un aspecto muy diferente. Mientras caminábamos por su ladera, oíamos lejanas explosiones, observábamos desprendimientos, y alguno decía notar temblores, el geólogo Gerardo Soto nos exponía los estudios científicos que están realizando para entender la naturaleza y el comportamiento de éste y otros volcanes. Hablamos de los tipos que existen, caracterización de zonas activas, repercusiones en el clima, y de todo lo que hemos aprendido gracias a esta ventana a la composición y comportamiento del planeta.

La conversación sobre la historia geológica de la Tierra continuó de forma desenfadada por la noche, en el mirador del hotel desde donde cada 5-10 mintutos oíamos una explosión y observábamos algo rojizo desprenderse por la montaña que teníamos frente a nosotros. (la fotografía no es una nebulosa captada por el Hubble, sino una burda ampliación de la foto menos mala que puede captar).

“Tienes que escribir un texto donde nos expliques todo esto, y comprometerte a responder las preguntas que te hagamos”, le dije a Gerardo. Aquí os lo adjunto. No dejéis de preguntarle todo lo que os genere curiosidad sobre la vulcanología, pero también sobre la estructura, origen y evolución de nuestro planeta.

"Estudiando los volcanes de Costa Rica", por Gerardo J. Soto

Corría el año 1984 cuando, en mi último año de estudiante de Geología, por fin me pude enrolar en un estudio serio de volcanes. El vulcanólogo Andrea Borgia realizaba estudios en el volcán Arenal, en Costa Rica (foto adjunta). Con él me adentré dentro de las faldas del volcán, que había iniciado una fuerte fase explosiva tan solo un mes atrás. Desde el interior de la selva podíamos oír, no sin un poco de temor, las fuertes explosiones y el caer de los bloques a varias centenas de metros del cráter, cerca de un kilómetro de distancia de donde caminábamos. Fue mi bautizo de fuego. Auténtico, pues los bloques incandescentes se mostraban al rojo vivo, aun a la luz del día. El primer proyecto con mi participación plena como investigador fue en un estudio de amenaza volcánica de la Cordillera Volcánica Central de Costa Rica. Años después, en 1990, estaba de nuevo en el Arenal, tratando de develar los detalles de su historia, de su volcanalidad (neologismo que he acuñado para explicar la “personalidad” individual de cada volcán), de la distribución de sus productos explosivos y lavas, y finalmente poder evaluar con detalle su amenaza.

¿Por qué estudiamos los volcanes?
El trabajo es peligroso, pero también divertido. Conlleva una mezcla de adrenalina y placer. Entender el proceso volcánico implica tratar de explicar cómo se forma el magma en profundidad, cómo asciende hasta la superficie, y por qué causa erupciones explosivas y de lavas, o bien se queda en profundidad y engrosa paulatinamente la corteza. Los gases que contiene el magma son el principal motor de todo este proceso de ascenso y erupción. Estos recirculan y se reciclan desde la atmósfera a los sedimentos que se depositan en el fondo oceánico, son transportados por las placas en movimiento, se subducen en las grandes fosas oceánicas, bajan hasta unos 80 a 100 kilómetros de profundidad, ayudan a formar el magma y lo acompañan de vuelta a su salida a la atmósfera (de manera pasiva, o con explosiones como las de las fotos siguientes). Así fue como los volcanes contribuyeron a la formación de la atmósfera durante los estadios tempranos de la formación de la Tierra.

Necesitamos saber cómo funcionan los volcanes por varios motivos: para aplicarlo en los estudios de amenaza volcánica, y para desvelar los procesos que actúan el interior de la Tierra y otros planetas, pero también para utilizar la energía geotérmica en la producción de electricidad, calefacción, u otros usos menores como fuente de calor, por ejemplo en viveros de áreas frías. Muchos depósitos volcánicos alojan asimismo importantes depósitos minerales y por eso la geología volcánica también tiene un importante capítulo en la geología económica. Los suelos de origen volcánico, desarrollados a partir de depósitos con una riqueza en vidrios de relativa fácil descomposición, son una gran fuente de elementos fertilizantes. No en vano las áreas perivolcánicas han sido el asentamiento de culturas y poblados que se han dedicado a la agricultura. Los suelos han sido la fuente vital para viñedos, café, arroz…
Últimamente, los volcanes también representan un atractivo turístico para países donde esta industria está naciendo, como Costa Rica, o el sostén en otras áreas del mundo, como Japón, las islas del sur de Italia o algunos parques nacionales en las Canarias y Estados Unidos. Independientemente de entender cómo funcionan estas enormes máquinas productoras de rocas, debido a su belleza y magnanimidad los volcanes han sido una fuente enorme de inspiración para el arte plástico, la literatura -¿recuerdan “Viaje al centro de la Tierra”, de Verne?- y hasta la danza.
La comparación de los diferentes volcanes en diferentes regiones y ambientes es una necesidad. Los volcanes se comportan usualmente de formas muy diferentes, e incluso un mismo volcán varía su comportamiento en el tiempo. Los parámetros comparativos sirven para estudiar cómo los volcanes se reactivan en áreas vulnerables, y ofrecen datos de interés económico y de desarrollo. Por eso los vulcanólogos acaban siendo viajeros frecuentes en busca de la ciencia, y por qué no, la aventura.

El Arenal y los volcanes de Costa Rica
Costa Rica es un país de formación geológica joven, con rocas a lo sumo de 200 millones de años de antigüedad. Las más jóvenes son precisamente las que produce el volcán Arenal cada día desde que inició su inesperada erupción hace casi cuarenta años, en julio de 1968.
Gran parte del territorio costarricense y el de sus cercanías ha sido esculpido a lo largo de una serie de construcciones de cordilleras volcánicas y procesos tectónicos relacionados con la subducción de placas en su margen pacífico. Los edificios volcánicos actuales en Costa Rica suman apenas una decena. Nos interesa estudiar su tamaño y estructura porque nos hablan sobre su historia. Los más grandes y voluminosos en el centro del país, cerca de las áreas urbanas que alojan casi dos millones de personas, se han construido por casi un millón de años, mientras los chicos (como el Arenal o su hermano el Chato, en la foto adjunta), son apenas unos niños de sólo 7 mil años.
Las historias de estos volcanes se ha podido recopilar gracias a los depósitos de erupciones pasadas, utilizando métodos radiométricos (carbono 14, por ejemplo) o a través de restos arqueológicos prehispánicos. La investigación detectivesca sobre la distribución de tales depósitos explosivos y su frecuencia nos ha llevado a establecer mapas de peligros volcánicos, para usar en áreas de restricción y planificación alrededor de ellos.
Muchas preguntas han encontrado respuesta en Vulcanología. Pero es claro que aún quedan muchas otras en el tintero para las cuales aún tenemos respuestas inconclusas. Queremos entender los detalles de los procesos que llevan al magma a eruptar, los signos que deben ser interpretados como previos a una erupción, y modelar las áreas que pueden ser más o menos afectadas durante una erupción inminente. También queremos saber la contribución de los gases volcánicos a periodos cálidos o fríos en el pasado de la Tierra, la comparación entre el vulcanismo terrestre y el de otros cuerpos del Sistema Solar, o las relaciones entre el vulcanismo intenso y las extinciones masivas. Solo la observación científica constante nos podrá llevar a responder tales interrogantes. Nosotros trabajamos para intentar salir de la ignorancia que aún abrigamos respecto a muchos de los comportamientos de nuestro planeta.

Gerardo J. Soto