Es poden predir les erupcions volcàniques? Quins són els senyals precursors? Com es poden mitigar els riscos?

Es poden predir les erupcions volcàniques? Quins són els senyals precursors? Com es poden mitigar els riscos?
Conxita Márquez, Teresa Pigrau i Neus Sanmartí.

 

Els senyals precursors de les erupcions són l’inflament del terreny i els moviments sísmics. El monitoratge de les erupcions volcàniques permet predir les erupcions dels volcans i gestionar la situació d’emergència volcànica. 

Un tema cabdal en la mitigació dels riscos és l’ocupació i l’ús del territori exposat al risc. En el cas de les inundacions és molt clar que no es pot urbanitzar a les zones inundables i aquest principi també s’ha d’aplicar a les zones amb important risc d’erupció volcànica. Veient que es pot predir l’erupció i es pot saber per on avançaran les colades caldrà recordar en el futur no ocupar les zones exposades a un alt risc d’erupció volcànica. 

Les cendres volcàniques i els gasos que expulsen els volcans poden tenir impacte en la salut de les persones, per això es recomana l’ús d’ulleres, mascareta i en moments determinats quedar-se a les cases. La pols volcànica també és una amenaça pels avions, el seu poder abrasiu pot fer malbé els motors.  En el cas de La Palma l’emissió de cendres del volcà també ha afectat a l’observació astronòmica.  A l’observatori del Roque de los Muchachos  hi ha nombrosos telescopis que han parat la seva activitat per preservar les lents i miralls. 

A les illes volcàniques actives (com la de La Palma) la societat ha après a conviure amb el risc volcànic amatent als seus signes de dinamisme. Les autoritats prioritzen evitar pèrdues personals i assumeixen certa inevitabilitat de pèrdues materials, compensables. 

Com s’explica que hi hagi volcans a zones intraplaques? Un debat inacabat

Com s’explica que hi hagi volcans a zones intraplaques? Un debat inacabat
Conxita Márquez, Teresa Pigrau i Neus Sanmartí. 

 

Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC)

Francisco Anguita a l’article Vivir sobre un volcán  respon així a aquesta pregunta: 

La resposta a aquestes pregunta no és senzilla, perquè l’origen de l’arxipèlag canari és un debat inacabat. Per a alguns científics, les Canàries són la punta de l’iceberg d’un gran plomall de roca calenta que puja de les profunditats del planeta, i que en aquest moment arriba a la superfície a la zona occidental de l’arxipèlag, sota d’El Ferro i La Palma. Però aquesta idea deixa sense explicar el vulcanisme històric de les Canàries centrals (Tenerife) i orientals (Lanzarote). 

Una altra escola proposa, per contra, que les Canàries estan situades sobre fractures (com si en conjunt fossin un enorme edifici fisural) i que el magma sorgeix en les zones en què les fractures es distenen, rebaixant la pressió en profunditat. Aquesta teoria enllaça les illes amb les falles i volcans del nord d’Àfrica, però tampoc és una teoria perfecta: no explica, per exemple, per què hi ha illes, com la Gomera, inactives des de fa milions d’anys.

Sigui quin sigui l’origen de l’arxipèlag, el que és indiscutible és que sota l’edifici de Cumbre Vieja hi ha instal·lada una càmera magmàtica nodrida des d’un dipòsit magmàtic profund. Hem imaginar aquesta càmera com una barreja turbulenta de magma i de roca parcialment fosa. Les seves parts més altes contenen molts gasos, i per tant són les menys denses i amb major tendència a l’ascens. Fa unes setmanes, aquests gasos van trobar una fractura en bon estat i es van introduir forçadament per ella, trencant la roca i arrossegant rere seu a la resta dels materials de la càmera. 

Per llegir el text sencer cliqueu aquí: Anguita, Francisco, Vivir sobre un volcán, publicat el 24/09/2021 a la revista digital SiNC (Servicio de Información y Noticias Científicas) de l’Agència de Notícies Científiques  de la Fundació Espanyola per la Ciència i la Tecnologia. 

Com es forma un arxipèlag volcànic?
Pere Renom exposa com es forma un arxipèlag volcànic. TV3. Tot es mou.

Com es forma un arxipèlag volcànic i com evoluciona?

En aquest vídeo emès el passat 13/10/2021 a TV3, hi trobem una explicació del divulgador científic Pere Renom que aporta llum al debat anterior. 

Hi ha volcans a tot arreu? Com és que només n’hi ha a alguns llocs? Només n’hi ha als límits de placa?

Hi ha volcans a tot arreu? Com és que només n’hi ha a alguns llocs? Només n’hi ha als límits de placa?
Conxita Márquez, Teresa Pigrau i Neus Sanmartí. 

 

Els processos relacionats amb la formació de magmes s’expliquen dins del marc de la teoria de la tectònica de plaques. L’activitat volcànica, no es distribueix a l’atzar sobre la superfície del planeta sinó que es concentra majoritàriament al llarg de les vores de les plaques tectòniques. Tanmateix, trobem volcans en zones allunyades de les vores de placa, tant als continents com als oceans, cosa que indica que també és possible una fusió més localitzada. Aquest és el cas dels volcans de la Palma.

Si observem la distribució de volcans i terratrèmols al món coincideix majoritàriament amb algun límit de placa.

Serà necessari passar de la idea infantil d’una escorça de la Terra contínua a una altra en la qual ens la imaginem formada per parts (plaques) que es mouen, xoquen, s’enfonsen una sota l’altra…, i que aquest moviment causa que en determinants llocs es donin les condicions de temperatura i pressió que originen la formació del magma.

Els alumnes solen pensar, també, que només hi ha activitat volcànica a la superfície de la Terra però, en canvi, també n’hi ha sota el mar, i aquesta pot donar lloc a la formació d’illes.

Simulació. Les plaques tectòniques es poden moure?

Les plaques estan fixes, suren, es mouen?. Fa 335 milions d´anys els continents estaven tots units. (Pangea, imatge dreta). Si actualment estan separats…. Per què és? 

Els alumnes poden reproduir els continents actuals amb cartolina o porexpan.  Devall hi posarem un paper doblegat per donar a entendre que les plaques suren sobre l’Astenosfera (una substància fluïda i plàstica).

  1. Unirem els continents imitant la formació de Pangea.
  2.  Què va passar quan l´Astenosfera es va moure?

De la lava a la roca volcànica

De la lava a la roca volcànica
Conxita Márquez, Teresa Pigrau i Neus Sanmartí. 

 

El magma ascendeix per l’interior de la Terra i en alguns casos surt a la superfície en forma de lava.

Les roques que es formen quan la lava solidifica a la superfície terrestre s’anomenen volcàniques (de Vulcà, el deu del foc).

Les roques que es formen en profunditat quan el magma no arriba a sortir s’anomenen plutòniques (de Plutó, el deu del món interior).

En el primer cas la lava es refredarà més ràpid que en el segon i això fa que les roques tinguin textures diferents.

Quan el magma es refreda molt ràpidament pot generar unes roques que tenen un aspecte similar a un peça de vidre fosc, és el cas de l’obsidiana.

Hi ha roques volcàniques que quan les sospesem sorprèn la seva lleugeresa. Aquestes roques estan plenes de bombolles d’aire que són restes del gas que va provocar la sortida violenta del magma. Un exemple d’aquest tipus de roca és la pumita o pedra tosca.

Altres roques volcàniques són molt dures i no tenen porositat perquè quan va sortir el magma, els gasos ja s’havia escapat del tot.

La roca volcànica més comú és el basalt. Moltes illes volcàniques, com les illes Hawai, Islandia i l’illa de la Palma estan compostes fonamentalment per basalt.

A vegades el basalt forma unes columnes hexagonals molt característiques, com les que es poden veure a Castellfollit de la Roca. Aquestes estructures són degudes a que les laves experimenten una forta contracció en refredar-se, ja que el volum que ocupen una vegada solidificades és menor al que ocupaven en estat líquid i es trenquen en forma de prismes hexagonals. 

La lava quan es refreda solidifica de nou i esdevé una roca volcànica. Les roques que s’originen seran diferents en funció del material i dels temps que tarden a refredar-se. 

Les colades de lava poden caure en cascada per un penya-segat i arribar al mar formant una estructura semblant a un delta. Això és el que està passant a l’illa del Hierro i de La Palma.

Aquesta és una evidència més del vulcanisme com a generador de paisatges.

Del magma a la lava

Del magma a la lava
Conxita Márquez, Teresa Pigrau i Neus Sanmartí. 

 

El magma i la lava no són el mateix. El magma existeix sota la superfície de la Terra i la lava és roca fosa que ha arribat a la superfície. La lava es produeix a partir del magma però ha perdut els materials que s’escapen en forma de gasos (vapor d’aigua, diòxid de carboni i diòxid de sofre).

A un volcà no hi crema res, perquè no hi ha res combustible. La lava és un mineral del tipus de silicats, que no pot cremar. Quan és molt calenta, naturalment que ens cremariem si la toquéssim, però això és un altre sentit del terme cremar. La flama del gas crema perquè el gas es crema però la lava crema tot i que la lava no es crema.

Volcans explosius i volcans efusius

Volcà de La Palma. Foto de Miguel Calero.

Les erupcions volcàniques poden ser explosives o efusives i el que ho determina és la composició del magma, la seva temperatura i la quantitat de gasos dissolts.  És parla de volcans grisos quan són molt explosius (expulsen el magma amb violència) i de volcans vermells quan són molt efusius (i expulsen el magma amb “tranquil·litat”).  

Les colades de lava són el producte més característic de les erupcions de tipus efusiu. Un cop a la superfície, com qualsevol fluid, les colades de lava es mouran més o menys ràpidament en funció de la seva viscositat i dels pendents del terreny per on circulen. 

La viscositat d’un fluid representa la resistència que presenta aquest a fluir. Quan un líquid té baixa viscositat s’escampa fàcilment sobre les superfícies. En canvi un líquid molt viscós es desplaça amb dificultat sobre les  superfícies.

Les laves de baixa viscositat tendeixen a fluir per diversos quilòmetres i generalment generen volcans de perfil suau. Les laves d’alta viscositat en general produeixen cons de vessants costeruts, i són proclius a produir explosions catastròfiques, generant cendres volcàniques que poden cobrir extensos territoris.

Experimentació sobre viscositat i velocitat de desplaçament de la lava

Assaig amb tres temperatures diferents. Les tres ampolles es van girar a l’hora. Foto: P. Kennett, extreta d’EarthLearningIdea. Cliqueu sobre la imatge per accedir-hi.

És interesant plantejar als alumnes quin són els factors que controlen la viscositat dels fluids utilitzant fluids viscosos per simular la lava.

Es pot donar als alumnes tres ampolles de plàstic transparent, cadascuna amb la mateixa quantitat de líquid viscós (per exemple mel, xarop, gelea…) i els demanem com podem fer que sigui més o menys viscós. Les propostes segurament inclouran:

  • Variant la temperatura.
  • Afegint partícules sòlides (com sorra).
  • O bé insuflant aire.

Proveu aquestes idees. Per exemple submergint les ampolles en recipients amb aigua a diferents temperatures, si aquesta és la variable que es  vol assajar. Les variacions en la viscositat poden observar-se invertint els recipients al mateix temps i mesurant el temps que triga el fluid en arribar al coll de l’ampolla.

Assaig  amb tres temperatures diferents. Les tres ampolles es van girar a l’hora. Foto: P. Kennett. Per més informació podeu consultar aquest document  en línia extret d’ Earth Learning Idea

Foto: R. Nebot

Assaig afegint sorra, el que permet simular la diferent composició del magma.

Els infants interpreten el que observem i parlen de: “La mel calenta va més ràpida perquè està més líquida. La mel representa lava”, “Contar més graus, més ràpida va la mel i més líquida es fa”

(4tP, Sandra Guerrero, Col·legi ‘Les Neus’, Santa Coloma de Gramenet).

També comproven que si s’afegeix sorra, augmenta la viscositat:  

 

(4tP, Sandra Guerrero, Col·legi ‘Les Neus’, Santa Coloma de Gramenet)

Tota aquesta lava que surt, deixa un buit en profunditat? o s’omple d’alguna manera?

Actualment, la resposta que donen les persones científiques a aquesta pregunta és que en moltes regions del globus, el fons dels oceans es submergeix fins al mateix nucli del planeta (gairebé 3000 km!). Aquest ingrés en profunditat és compensat per l’ascens de material calent (el nucli està a uns 5.000 ºC) que alimenta els volcans terrestres. Així que quan veiem la lava que surt per un volcà hem de recordar que en altres punts del planeta aquest ascens és compensat per una lenta però constant capbussada de roques cap a les profunditats.

L’estructura i arquitectura volcànica

L’estructura i arquitectura volcànica

Conxita Márquez, Teresa Pigrau i Neus Sanmartí. 

Com ens imaginem d'on venen els materials que surten dels volcans?
Volcà.​ La lava está a punt de destruir l’arbre.​ S’ha trencat el forat, per això surt la lava que sempre hi és.​
Hi ha xispes​. Està molt calent i surt fum​. El volcà está ple de pedres que fan més lava​. Aquí no hi ha ningú​. Pedres caient que s’están refredant​.
Una xemeneia amb lava.​ Baixen pedres i es crema la casa.​
El volcà té el forat tapat i es treu la tapa amb la lava.​ La lava es fa aquí baix.​ La lava s’acumula i quan n’hi ha molta surt. Ve de més a baix. Quan está ple, puja cap a dalt.​ La lava surt del magma.​ Roca calenta.​ Terra.

Font: Dibuixos fets per alumnes de P5, Montse Torrella. Esc. Tecnos (Terrassa)

Exploració dels nivells de representació d'un volcà

Nivells de representació de l’estructura d’un volcà quan es demana: “Dibuixa d’un volcà tal com l’imagines i indica en el dibuix d’on poden venir els productes que expulsa” (Grup ICE UAB de Ciències Infantil i Primària)

Com és un volcà per dins i per fora?

Inicialment els infants es representem un volcà com una muntanya. Un pas important és que ja pensin que del volcà en surten materials. I un nivell de representació més avançat és quan ja comencen a imaginar que hi ha d’haver un dipòsit dels materials calents i un conducte pel qual poden sortir aquest materials a l’exterior. Una idea força comuna entre els infants més petits és que l’origen dels volcans és extern, que són provocats per impactes de meteorits i, per tant, no pensen en una possible estructura interior.

Busquem evidències: els materials venen de dins o de fora?

Una bona activitat per començar a aclarir l’estructura d’un volcà pot ser mirar llibres i trobar evidències documentals de l’origen intern dels volcans, i també conversar sobre les diferents representacions inicials que surten i discutir perquè unes poden ser més idònies que d’altres. Clica sobre la imatge per ampliar informació.

Alumnes de P5, Montse Torrella. Esc. Tecnos (Terrassa).
Quines diferències hi ha entre un volcà i una muntanya?

Ens podríem preguntar com seria el naixement d’un volcà. Al començament no hi hauria cap muntanya en forma de con perquè és el magma que hi ha a l’interior de la terra el que  a mesura que va sortint va formant la muntanya en forma més o menys cònica que tots associem a un volcà.

Les parts d’un volcà que a l’etapa de primària serà important que els infants identifiquin i diferenciïn són :

Cambra magmàtica: magatzem intern on s'acumula el magma (en el cas del volcà Cumbre Vieja està entre 6 i 8 Km de fondària). La cambra magmàtica és un reservori de magma que prové de parts més profundes  de la Terra.

Xemeneia : també anomenada conducte de sortida. És la fractura a través de la qual surt el magma a l'exterior.

Con volcanic : elevació del terreny formada pels materials emesos del volcà.

Cràter : petita depressió situada al vèrtex del con volcànic amb forma de con invertit. Quan té un gran diàmetre passa a anomenar-se caldera. 

Quins materials expulsa el volcà quan entra en erupció?

En el moment de l’erupció surten gasos, materials sòlids i colades de lava. Per tant, el magma i la lava no són el mateix. El magma existeix sota la superfície de la Terra i la lava és roca fosa que ha arribat a la superfície. La lava es produeix a partir del magma però ha perdut els materials que s’escapen en forma de gasos (vapor d’aigua, diòxid de carboni i diòxid de sofre) i alguns materials sòlids.

Gasos

Els gasos més abundants són el vapor d'aigua i el CO2. Un altre gas força comú és el diòxid de sofre, que es reconeix fàcilment per la seva olor aspre i irritant que provoca molèsties a la pell i al nas o els ulls.

Materials líquids

Els materials en estat líquid s’anomenen lava. Quan surt a l’exterior la lava vessa en forma de colades volcàniques, que s’acumulen i formen el con volcànic. La velocitat d’una colada de lava tendeix a alentir-se progressivament a mesura que el magma es va refredant i solidificant i finalment dóna lloc a una roca volcànica.

L’emissió de lava, gasos i materials piroclàstics pel cràter d’un volcà s’anomena erupció volcànica.

Materials sòlids

Els materials sòlids s'anomenen piroclastos (del grec clasto i piros: pedra de foc) es classifiquen segons la seva mida en bombes, lapil·lis o gredes i cendres volcàniques.

La cendra volcànica en suspensió deteriora la qualitat de l’aire perquè augmenta considerablement la concentració de partícules molt petites i afecten a les vies respiratòries, la visibilitat, el trànsit aeri... A més quan cauen afecten propietats particulars, infraestructures, vegetació...

Imatges: Emilio Morenatti. Cliqueu per veure més informació.

Experiències
Quins materials expulsa un volcà?

Els infants  de 4tP (Col·legi ‘Les Neus’, Santa Coloma de Gramenet) a la pregunta “Quins materials expulsa un volcà?”, identifiquen els tres tipus de materials. Parlen de:  “Un volcà quan explota té una matèria que es diu cendra que s’escampa i és dolent per respirar.  Els volcans tiren lava.  El volcà tira unes pedres de lava que fa que les cases es fonguin.  Si olores el gas de la lava tindràs molta tos.”

D'on poden venir els productes que expulsa el volcà?

Els alumnes de 6è han representat la pregunta per mitjà de dibuixos. Mar Requena, Esc. Itaca. Vilanova i la Geltrú

Un volcà expulsa foc?

Sovint els infants diuen que un volcà també expulsa ‘foc’. Caldrà passar de la idea alternativa que el magma és un material que es crema fàcilment, a reconèixer que són roques foses que es troben a l’interior de la terra i surten a l’exterior. El color vermell no es deu a que ‘cremin’, sinó a les altes temperatures que donen lloc a que es vegin incandescents. Es pot fer l’analogia amb el que observem quan escalfem molt el ferro.

A un volcà no hi crema res, perquè no hi ha res combustible. La lava és un mineral del tipus de silicats, que no pot cremar. Quan és molt calenta, naturalment que ens cremariem si la toquéssim, però això és un altre sentit del terme cremar. La flama del gas crema perquè el gas es crema però la lava crema tot i que la lava no es crema.
Com és que no totes les erupcions volcàniques són iguals?

Les erupcions volcàniques poden ser explosives o efusives i el que ho determina és la composició del magma, la seva temperatura i la quantitat de gasos dissolts. És parla de volcans grisos quan són molt explosius (expulsen el magma amb violència) i de volcans vermells quan són molt efusius (i expulsen el magma amb “tranquil·litat”). Les colades de lava són el producte més característic de les erupcions de tipus efusiu. Un cop a la superfície, com qualsevol fluid, les colades de lava es mouran més o menys ràpidament en funció de la seva viscositat i dels pendents del terreny per on circulen. Cliqueu sobre la imatge per saber-ne més i veure l'experiementació.

Com influeix la inclinació del terreny?

Per explicar els efectes d’un volcà també és important comprovar que depenen del pendent del terreny. Els infants poden trobar evidències.

4tP, Sandra Guerrero, Col·legi ‘Les Neus’, Santa Coloma de Gramenet
Volcans extints i volcans actius

Els volcans poden tenir formes i mides diferents i cadascun té una activitat volcànica única. Quan un volcà fa molt temps que no entra en erupció (molt temps, en geologia vol dir més de 15.000 anys) es diu que és extint,  la seva cambra magmàtica és buida de magma. Aquest és el cas dels volcans de la Garrotxa. Els volcans de la Palma, en canvi,  estan actius, tenen magma a la seva cambra magmàtica i de tant en tant entren en erupció.

Actualment en el món hi ha 1500 volcans actius i en un dia n’hi poden haver 20 en erupció. Aquesta web actualitza la informació setmanalment 

L'estructura de la Terra

Una activitat que pot ajudar a reflexionar sobre l’estructura de la Terra és lectura de l’àlbum il·lustrat de  BARNETT, M. (2014): En Jan i en Pep fan un forat. Barcelona. Joventut.

També caldrà portar a classe i observar diferents mostres de materials expulsats pels volcans.

En aquest article Badillo, E., Márquez, C., Couso, D., Martínez, N. (2018). Llegint un àlbum il·lustrat per expressar el model Terra. Guix 460, 32-37 es fa una reflexió sobre les idees que poden emergir del model Terra a partir de la lectura del conte. Cliqueu sobre la imatge per més informació. 

Com es van formar les capes de la Terra? Els materials més densos suren més o menys?

Clica sobre la imatge per llegir idees per treballar, idees per revisar i exemples d’activitats relacionades amb l’estructura de la Terra

  • Què creus que hi trobaries si poguessis fer un forat que anés des de sota del pati de l’escola fins al centre de la Terra?
  • Com es van formar les capes de la Terra?
  • Els materials més densos suren més o menys?

 

Canvis en el paisatge

Canvis en el paisatge
Idees per treballar

La Terra que habitem és un planeta que canvia al llarg del temps. Canvien els materials que la formen i també  les espècies que hi viuen. Hi ha canvis ràpids i n’hi ha de lentíssims. Hi ha canvis radicals i d’altres de subtils. N’hi ha de previsibles i de sorprenents. Canvis devastadors i canvis que podem arribar a controlar.

En aquestes dues fotos es pot observar el CANVI EN EL PAISATGE a La Palma succeït després de 34 dies d'erupció del volcà Cumbre Vieja. Foto de JuanMa Hernández.

Els éssers vius intenten aprofitar els canvis i provocar‐los, controlar‐los o evitar‐los d’acord als seus interessos. Els humans també, i la ciència ens ajuda a fer‐ho amb una gran eficàcia, que implica també una gran responsabilitat.

El model de canvi geològic és el que dóna més sentit a la Geologia, ja que n’engloba molts altres, que són casos concrets d’aquest canvi. Si l’alumnat és capaç de considerar que els materials terrestres s’originen i canvien constantment (encara que quasi sempre molt lentament), que hi ha canvi però també conservació i que la matèria segueix un cicle, que tot canvi requereix energia, que els canvis poden provocar un impacte en el medi, etc… estan aplicant el model de canvi geològic i això els permet explicar i predir un conjunt de fenòmens.

Zona volcànica de La Garrotxa
Idees clau del model de canvi geològic

(Adaptació de Pedrinaci, 2003)

Canvis deguts a processos externs
Canvis deguts a dinàmiques internes

La superfície de la Terra canvia contínuament. La dinàmica de canvi dels materials que formen la superfície de la terra, s’inicia amb la meteorització que els esmicola, continua amb l’erosió que els separa i finalment es transporten. L’energia que provoca aquests canvis prové inicialment del Sol i de l’energia potencial deguda a la força de la gravetat. Un dels productes generats en aquests processos és el sòl.

Processos externs de la Terra

Clica per saber-ne més

El sòl

Clica per saber-ne més

La Terra és un planeta actiu. Els terratrèmols i els volcans són les principals manifestacions d’aquesta activitat. L’explicació de la seva localització, distribució i origen es relaciona amb el fet que l’escorça és discontínua i a la energia interna de la Terra.  

Volcans

Clica per saber-ne més

Terratrèmols

Clica per saber-ne més

Plaques tectòniques

Clica per saber-ne més