Qué es la ceniza volcánica y por qué es un peligro para la navegación aérea

J. M. G. V. »

A todo el material sólido que expulsa la boca de un volcán se le llama genéricamente tefra. Los cuerpos eyectados pueden ser desde grandes rocas hasta partículas de menos de 5 µm. Las partículas más finas de la tefra (de menos de 2 mm) se denominan ceniza volcánica. La ceniza volcánica no es “algo que se ha quemado” (que es la idea que solemos tener de una ceniza), sino partículas diminutas de magma que salen al exterior del volcán. Es decir, la ceniza volcánica es esencialmente roca pulverizada.

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Lógicamente, la composición química de la ceniza refleja la del magma volcánico de la que procede. La composición de los magmas varía de un volcán a otro, pero, dado que el manto terrestre está formado en su mayor parte de silicatos, la materia sólida que sale de los volcanes esencialmente es silicato. El 95% de la corteza terrestre son silicatos; la mayoría de las rocas, las arcillas y las arenas lo son. Y casi el 1% de los suelos de la corteza son, concretamente, silicatos de ceniza volcánica.

Químicamente podemos considerar que estos silicatos están formados por la “unión” de dióxido de silicio (SiO2), que es el material principal, con cantidades variables de óxidos de aluminio (Al2O3), hierro (FeO, Fe2O3), calcio (CaO), sodio (Na2O) y otros. En el siguiente cuadro se puede ver la composición de las cenizas de distintas erupciones volcánicas:

Manuel on volcanic ash

Las partículas de ceniza no son cristalinas, sino vítreas, ya que el rápido enfriamiento les impide cristalizar bien. El material de silicato vítreo es bastante duro, típicamente de dureza 5 o 6 en la escala de Mohs, es decir, algo menor que la del cuarzo. El cuarzo es sílice (SiO2) pura o casi pura, por lo que se podría considerar el silicato más simple. La ceniza volcánica se utiliza comercialmente como polvo abrasivo.

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Lógicamente, respirar durante mucho tiempo ceniza volcánica no puede ser bueno para la salud. Recuérdese la silicosis, una enfermedad pulmonar relativamente común en los mineros debida a la respiración continuada de micropartículas de sílice.

El riesgo para los aviones

Las cenizas pueden alcanzar gran altura porque la descompresión repentina en la boca del volcán de los gases sobrecalentados disueltos en el magma produce un chorro de los fluidos y el material rocoso pulverizado que tiene tanta energía cinética que algunos materiales pueden salir con velocidades supersónicas, es decir, más de 1235 km/h. (El fenómeno es análogo al que sucede cuando se abre una botella de cava). Se calcula que, aunque salgan “solo” a 900 km/h, determinadas partículas expulsadas por el volcán pueden alcanzar las alturas de crucero de los aviones a reacción (de 10 a 14 km) en cinco a seis minutos.

El tamaño medio de las partículas de una nube de ceniza volcánica disminuye normalmente con la altura y la distancia al volcán, pues las partículas pequeñas son elevadas y arrastradas más fácilmente. Por eso, las nubes de ceniza volcánica con mayor probabilidad de ser encontradas por aviones a cierta distancia de la erupción están compuestas principalmente por partículas muy pequeñas (< 100 µm de diámetro). Por otro lado, los tiempos que tardan las partículas de ceniza en caer a tierra están directamente relacionados con su tamaño, como lo refleja esta tabla:

Manual on volcanic ash

La ceniza volcánica plantea riesgos para los aviones que sobrevuelan regiones próximas a los volcanes. En principio, las aeronaves más susceptibles de sufrir graves daños son aquellas que se impulsan con motores a reacción, es decir, basados en algún tipo de turbina de gas (turborreactores, turbofanes, estatorreactores…).

Solar turbines (Youtube)

La razón es que determinadas secciones de la la turbina pueden alcanzar los 1400 oC, dándose la circunstancia de que los silicatos vítreos que constituyen la ceniza volcánica funden a solo unos 1100 oC. Por eso, la ceniza volcánica puede derretirse y depositarse en ciertas partes de los motores más frías. Las siguientes imágenes muestran depósitos oscuros y vítreo de ceniza volcánica en secciones de una turbina de alta presión:

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Estos depósitos pueden producir pérdidas de empuje, serias averías e incluso paradas del motor. El riego lo sufrían menos los motores antiguos, pues funcionaban a temperaturas más baja. Pero la tendencia actual es aumentar la temperatura de funcionamiento del motor porque así la potencia es mayor y en proporción se consume menos combustible.

Curiosamente, los depósitos de ceniza volcánica fundida en la turbina son muy frágiles a temperatura ambiente y se desprenden con relativa facilidad. Por eso, cuando un reactor entra inadvertidamente en una nube de ceniza volcánica, parece ser que es conveniente reducir la potencia del motor, incluso hasta el ralentí, para que la temperatura disminuya por debajo de la de fusión de la ceniza. De hecho, en los accidentes mejor conocidos por ceniza volcánica los motores que se pararon se pudieron encender de nuevo posteriormente. Parece ser que eso se debió a que los repentinos choques térmicos y de presión en la turbina quiebran los depósitos de ceniza fundida y depositada. Eso sí, hay que tener en cuenta que la ceniza podría obstruir los orificios de flujo en los sistemas de combustible y enfriamiento, y eso dificultaría o imposibilitaría el reinicio de un motor.

La ceniza volcánica, además de fundirse y depositarse, al ser abrasiva también produce erosiones en partes del motor, lo que resta eficiencia a las turbinas y, por tanto, disminuye el empuje. El efecto de la erosión abrasiva en principio es más improbable que apague un motor, pero tiene la desventaja de que es permanente e irreversible.

Además de los daños al motor, la ceniza volcánica desgasta las superficies del avión, siendo especialmente preocupante la abrasión de las ventanas porque disminuye la visibilidad de la tripulación técnica. También se pueden afectar los bordes de ataque de las superficies de vuelo, la aleta de cola y especialmente cualquier parte que sobresalga del fuselaje, como antenas, detectores de hielo y otras sondas y sensores como el sistema pitot-estático, que es un sistema de sensores e instrumentos sensibles a la presión que sirve para medir la velocidad del aparato y su altitud. Todo ello puede dificultar el control de la aeronave.

En cualquier caso, incluso si no ocurre nada grave, los sistemas de combustible, aceite y enfriamiento pueden haber sido muy contaminados por cenizas volcánicas, lo que requiere en tierra una limpieza completa y el reemplazo de fluidos y filtros. También hay que limpiar a fondo el fuselaje, el panel de instrumentos de la cabina, los compartimentos de pasajeros y equipaje, etc. En ocasiones, las unidades eléctricas y los sistemas de refrigeración de las unidades electrónicas deberían reemplazarse completo. La ceniza también puede afectar al sistema de detección de incendio en la bodega de carga haciendo que se dispare la alarma erróneamente.


BlackBoxDown (Twitter)

Incidentes famosos

El incidente más famoso debido a cenizas volcánicas lo protagonizó el 24 de junio de 1982 el avión B747 de la British Airways Ciudad de Edimburgo que salió de Londres en dirección a Auckland con varias escalas técnicas previstas. Cuando volaba entre Kuala Lumpur y Perth (Australia), el avión penetró en una nube de ceniza volcánica procedente de la erupción del volcán Monte Galunggung, situado a unos 180 km al sureste de Yakarta, Indonesia.

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La ceniza provocó la parada de los cuatro motores de la aeronave. El aparato planeó en dirección a Yakarta buscando una pista de aterrizaje de emergencia. Pero, afortunadamente, tras conseguir salir de la nube de cenizas todos los motores pudieron ser reiniciados (uno se volvió a apagar más tarde), aterrizando finalmente de emergencia en Yakarta sin heridos. Las piezas dañadas del motor se conservan en un museo:

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Siete años más tarde, concretamente el 15 de diciembre de 1989, un Boeing 747-400 de la compañía KLM, procedente de Ámsterdam y con destino Anchorage (Alaska) penetró en la columna de cenizas formada tras la erupción del estratovolcán Monte Redoubt (Alaska) y los cuatro motores fallaron, si bien la tripulación pudo volver a arrancarlos al salir de la nube.

Por otro lado, las cenizas pueden causar muchos y variados daños en los aeropuertos e incluso en los aviones estacionados. Como curiosidad, la siguiente imagen muestra un DC-10 que volcó por la parte trasera en Filipinas debido al peso de la ceniza mojada que se acumuló sobre él, cambiando notablemente el centro de gravedad.

Manual on volcanic ash

Riesgos de los gases volcánicos

Un volcán no solo expulsa cenizas, sino, entre otros materiales, también gases que pueden afectar a la navegación área. Por la boca del volcán sale ingentes cantidades de dióxido de azufre (SO2), parte del cual puede oxidarse a SO3, gas que en contacto con agua genera ácido sulfúrico. Según los especialistas, la mezcla de ceniza y ácido es muy corrosiva y puede causar daños a los motores a reacción y picaduras en diversas partes del aparato. Es improbable que una atmósfera ácida provoque un accidente grave en un avión, pero aeronaves que operan regularmente en espacio aéreos contaminados con mezclas de ceniza y ácido pueden estar sometidas a gastos altos gastos de reparaciones y mantenimiento.

Otro gas ácido que expulsa el volcán, aunque en menores cantidades es el cloruro de hidrógeno (HCl), que en presencia de agua genera ácido clorhídrico. Otros son el sulfuro de hidrógeno (H2S) y óxidos de nitrógeno (NOx), además de vapor de agua.


Fuente principal

Manual on Volcanic Ash, Radioactive Material and Toxic Chemical Clouds (Doc 9691). ICAO, 2012.

Imagen de cabecera: Wired.