Técnicas que se aplican en regiones volcánicas para que las coladas de lava causen menos daños

Jose Mª Gavira Vallejo (UNED) » 

Cuando sucede una erupción volcánica la actitud de la mayor parte de la población es la de resignación y aceptación de la fatalidad, dada la tremenda magnitud de este tipo de fenómenos. Algunas personas piden a supuestos seres superiores que obren “milagros”, ya sea mediante la oración o el culto. Otras, como algunos nativos hawaianos, abogan expresamente por la no intervención porque atribuyen a los volcanes y a la lava naturaleza divina. Pero también hay quienes han decidido que mejor que estar mirando el tremendo espectáculo de la destrucción que producen las coladas de un volcán es tratar de mitigar sus efectos. Los habitantes de Sicilia son unos campeones en esta actitud positiva. Cada vez es más común actuar para minimizar los daños que provoca un volcán, para lo cual se están adoptando cuatro tipos de estrategias: construir barreras que retengan la colada, cavar zanjas o canales que desvíen su curso, enfriar la colada con agua para ralentizarla o destruir tubos volcánicos mediante explosivos.


Intentos pioneros

Quizá la primera intervención documentada para paliar las consecuencias de una erupción volcánica la protagonizaron los habitantes de Catania (Sicilia) en 1669. Al comprobar que una colada se dirigía inexorablemente hacia su ciudad, se armaron de picos y palas, se protegieron los pies con pieles de oveja mojadas para no quemarse, y rompieron un tubo de lava, que es una canalización que se crea por la formación de una costra y por cuyo interior la lava circula rápidamente porque la costra mantiene el calor. Los cataneses pretendían desviar el curso de la lava. Pero los habitantes de un pueblo vecino pensaron que el desvío los perjudicaría a ellos, por lo que hubo un enfrentamiento entre ambos grupos. Parece ser que en los 300 años posteriores no se vio con buenos ojos toda intervención de redirección y mitigación de un flujo de lava. Pero en la erupción del Etna de 1983 se cambió de actitud de forma decidida.

“Pele”, por Hrana Janto

En Hawái, al principio tampoco se pudieron realizar acciones de este tipo. Aunque ya en 1881 las comunidades discutían sobre la construcción de una barrera física para proteger ciertos lugares de la acción destructiva de la lava, finalmente rehusaron intervenir porque prevaleció el mito de que la lava es la materialización de Pele, la diosa hawaiana de los volcanes, y que los movimientos de Pele no deben alterarse. (En honor a la verdad, hay que decir que los nativos de Hawái tuvieron sus razones para considerar que la lava es Pele, ya que existen formaciones de vidrio basáltico parecidas a cabellos y lágrimas a las que se ha denominado cabellos de Pele y lágrimas de Pele; se ilustran en la siguiente imagen).

No obstante, en épocas más modernas se pudo vencer esa superstición y así, en 1955, se construyeron barreras cerca del pueblo hawaiano de Kapoho cuando la lava del volcán Kilauea alcanzó un terraplén del ferrocarril. Aunque las barreras fueron sobrepasadas por la lava y Kapoho resultó sepultado, la actuación supuso un antes y un después en la actitud de los hawaianos ante este tipo de desastres naturales.


Barreras de tierra y canales de redirección

Las barreras representan un método para ganar tiempo para evacuar a las personas o permitirles que adopten con más calma las disposiciones que consideren necesarias antes de abandonar sus hogares. Y aunque la barrera resulte al final sobrepasada, siempre esta ganancia de tiempo habrá retrasado la inundación de algún lugar o elemento valioso para la comunidad. Así que si la erupción se detiene antes o poco después de que se desborde la lava, mucho o algo se habrá ganado. Otra razón para poner freno a la lava es dar tiempo para construir canales artificiales que redirijan el flujo hacia lugares en que el daño previsto sea menos grave. Por ejemplo, para salvar un hospital.

Las barreras pueden servir por sí solas para desviar las coladas hacia vaguadas o barrancos por sí solas o con la ayuda de canales de redirección. Los sicilianos han sido pioneros en esta técnica. En 1983 construyeron un canal subparalelo a la colada para trasvasar a él la lava y dirigirla en otra dirección. Para ganar tiempo trataron de retener la colada con barreras. Algunas fueron superadas por el flujo ardiente, pero otras aguantaron. Una vez construido el canal artificial, el trasvase se consiguió rompiendo diques con explosivos. Se consiguió salvar algunos edificios valiosos por pocos metros. En la fotografía siguiente se observa una de las barreras de tierra que se levantó, llamada de Sapienza; esta resistió hasta que terminó la erupción meses más tarde.

Barrera de Sapienza (USGS)

No se puede decir que el éxito fuera extraordinario, pero se consiguió sobre todo algo muy importante: conocimiento, confianza y esperanza. Las lecciones aprendidas se aplicaron durante la erupción de 1991-1993. Por ejemplo, se aprendió que enfriar la pared del tubo de lava para insertar los explosivos hacía que las explosiones fueran menos efectivas. Gracias a la experiencia adquirida se hicieron las cosas de modo que se consiguió desviar más flujo que en la erupción de 1983. Una simulación por ordenador había arrojado una alta probabilidad de que la trayectoria del flujo de lava afectara gravemente a la localidad de Zafferana (unos 7000 habitantes entonces; ahora más de 9000). Se construyeron varias barreras ladera abajo orientadas perpendicularmente a la dirección del flujo de lava. Las barreras ralentizaron el avance del frente de la colada durante algunas semanas, aunque no pudieron detenerlo por completo y la lava se desbordó. Finalmente, el flujo de lava se consiguió desviar totalmente hacia un canal artificial volando la pared que lo separaba del canal natural. La voladura no se hizo bien y solo parte de la lava pasaba al canal artificial, pero esto se corrigió echando bloques de cemento y bloques de lava solidificada en el canal natural para represar el mayor volumen posible del flujo y lograr que se vertiera en el canal de redirección.

El flujo de lava de la erupción del Etna de 1991-1993 se estancó detrás de una barrera de tierra mientras se construía un canal artificial ladera abajo (Tsang, y Lindsay, 2020).

Durante la erupción de 2001, los flujos de lava amenazaban importantes instalaciones turísticas, por lo que se levantaron trece barreras de tierra para proteger la zona. Se consiguió retrasar el avance de las coladas y desviarlas hacia el sureste. Las primeras cinco barreras, situadas más cerca de los centros de emisión, quedaron casi totalmente enterradas por la lava. Otras resultaron mucho más eficaces, si bien en parte el éxito se debió a que pronto disminuyó la velocidad de salida de la lava del volcán. Esta imagen muestra los lugares dónde se construyeron las 13 barreras:

En la erupción del Etna en 2001 se erigieron 13 barreras (Scifoni et al., 2010).

En la erupción de 2002-2003 se erigieron seis barreras orientadas unos 30 grados con respecto a la dirección principal del flujo. Estas acciones contribuyeron a mitigar los efectos del avance de las coladas, si bien una se desbordó destruyendo dos edificios y cortando una carretera importante antes de detenerse poco después.

En Islandia también se está empezando a adoptar la técnica de las barreras. Sin ir más lejos, en 2021 se levantaron dos barreras para proteger una carretera e instalaciones de fibra óptica de la lava del volcán islandés Fagradallsfjall. La lava acabó superándolas, pero eso no desalentó a las autoridades, que siguieron buscando formas de retrasar el avance de las coladas.

Predicción de la trayectoria de la colada

Lógicamente, las barreras son más efectivas si antes de construirlas se hace un estudio teórico que prediga lo mejor posible y con la mayor antelación la trayectoria que va a seguir el flujo de lava. Hay que tener en cuenta que la construcción de una barrera de tierra implica complejas limitaciones operativas y problemas logísticos y que requiere tiempo. En parte se pueden paliar estos inconvenientes empleando técnicas constructivas rápidas como los muros de gaviones que se pueden tener prefabricados a base de roca volcánica del lugar procedente de anteriores erupciones. Por otro lado, los cálculos teóricos previos pueden ayudar a decidir también el espesor de las barreras, su orientación, su geometría, etc.

Muro de gaviones
Scifoni et al., 2010

Para predecir las trayectorias de las coladas se están elaborando algoritmos que cada vez consiguen una mayor tasa de éxito. Por ejemplo, el Instituto Nacional de Geofísica y Vulcanología de Catania ha desarrollado un programa llamado Magflow que sigue el modelo llamado de autómata celular, el cual es adecuado para modelar sistemas naturales que puedan describirse como un gran conjunto de objetos simples que interactúen localmente entre sí. El algoritmo cuadricula el terreno en celdillas o células y define el estado de cada célula mediante el espesor de la lava y la cantidad de calor. Su función de evolución es la solución en estado estacionario de la ecuación de Navier-Stokes para el movimiento de un fluido de Bingham sometido a una fuerza de presión en un plano inclinado. Las simulaciones tienen en cuenta la velocidad de salida de la lava y la topografía preeruptiva, variables que se introducen como datos de entrada. Se puede recurrir al método Monte Carlo para mejorar las simulaciones. Además, se han implementado en el código diferentes leyes de viscosidad y una metodología para la estimación de la velocidad de efusión de la lava medida con satélites.

Simulación de la trayectoria futura de una colada del Etna (en naranja) a partir de la trayectoria real (en rojo) hecha con el algoritmo Downflow. Lo que sucedió se ajustó bien a lo previsto (Favalli et al., 2005).

Otro programa es Downflow, que es una aproximación estocástica basada sobre todo en la topografía. El área de inundación potencial de lava se determina considerando una serie de caminos de máxima pendiente sobre perturbaciones estocásticas de la topografía original. La información topográfica necesaria se puede obtener mediante técnicas de fotogrametría, altimetría de radar o escaneo láser. Se ha aplicado por ejemplo a señalar dónde se deberían construir barreras para defender a la población de Goma (de 160 000 habitantes, en la República Democrática del Congo) de las coladas del volcán Nyiragongo, uno de los volcanes más activos de África y uno de los más dañinos en términos de víctimas humanas por la gran velocidad de sus flujos. En la siguiente figura se muestra un modelado del flujo de lava del Nyiragongo realizado mediante el algoritmo Downflow junto a sugerencias de colocación de barreras para que se inunden determinadas zonas evitando así que resulte afectada la ciudad de Goma, que está situada a 14 km de los centros de emisión.

Medidas de mitigación frente a coladas de lava del volcán Nyiragongo sugeridas a partir de los resultados de simulaciones de trayectorias hechas con el algoritmo Downflow (Favalli et al., 2005).

La siguiente imagen muestra otra simulación hecha con Downflow sobre una erupción del Etna. Las líneas negras muestran el límite de los campos reales de flujo de lava el 2 de enero, el 11 de enero y el 31 de mayo de 1992. Las áreas de color son la suma de 40.000 simulaciones de trayectorias de la colada; es decir, las zonas de inundación que el programa predice.

Simulaciones con Downflow de coladas del Etna (Favalli et al., 2005).

Un bombero enfría un flujo de lava que se acerca a un centro de visitantes del volcán Kilauea, Hawái, el 22 de junio de 1989. (Kauahikaua y Tilling, 2014)

Técnica de enfriamiento de la colada

Una de las intervenciones humanas que han tenido más éxito para controlar flujos de lava es la que se llevó a cabo en 1973 en la isla islandesa de Haimey. El flujo de lava del volcán Eldfell empezó a inundar la única ciudad de la isla, Vestmannaeyjar, que tenía un puerto importante. Un quinto de la ciudad había sido afectada cuando se decidió emplear potentes cañones de agua para refrescar continuamente la colada con agua marina. La intención era disminuir la temperatura de la colada (es decir, aumentar su viscosidad) para ralentizar su avance, especialmente hacia el puerto, que se consideraba una infraestructura básica para mantener la economía de la ciudad cuando finalizara la crisis volcánica. En total, se arrojaron 6.800 millones de litros de agua sobre la lava durante casi cinco meses. No hay que negar que las condiciones eran las adecuadas para que la intervención funcionara: la lava de Eldfell se movía de forma particularmente lenta y se disponía de un suministro inagotable de agua marina casi helada. Pero lo cierto es que se salvó buena parte de la ciudad. En la siguiente fotografía, a la izquierda, se aprecia un tapón de lava que fue detenido justamente tras haber taponado simultáneamente las entradas a dos fábricas de pescado que se encontraban una frente a otra en la calle. Un año más tarde del cese de la erupción se consiguió retirar la lava y recuperar la actividad en las fábricas (imagen de la derecha).

Izquierda: colada de lava del volcán Eldfell detenida mediante enfriamiento en una calle de Vestmannaeyjar (Islandia) en 1973. Derecha: un año más tarde se retiró la lava para recuperar la calle. (Tsang y Lindsay, 2020).

Bombardeos y voladuras

En la década de 1920, en Hawái, algunos científicos sugirieron bombardear los flancos de las coladas para crear boquetes en los tubos o los diques. En 1935 se encomendó a George S. Patton (que poco después se hizo famoso general de la Segunda Guerra Mundial) que bombardeara tubos de lava que salían del volcán Mauna Loa a relativamente alta velocidad (1,6 km por día) en dirección a la ciudad de Hilo. La idea era exponer al aire la lava que circulaba por los tubos para enfriarla y ralentizarla. El experimento no funcionó demasiado bien. Las bombas destruyeron efectivamente algunos tubos, pero pronto fueron rellenados de nuevo por la lava. En 1942 se probó de nuevo el método, pero también con resultados mediocres. No obstante, estos experimentos sirvieron para pensar cómo podría mejorarse la técnica, sugiriéndose que las bombas tenían que ser más potentes y, sobre todo, dirigirse a secciones más vulnerables de las coladas.

Como hemos dicho más arriba, los explosivos se utilizan también para crear aberturas en un dique sólido del canal natural de lava con la intención de trasvasarla a un canal de redirección previamente construido. Es lo que se hizo por primera vez en la erupción del Etna de 1983. En aquella ocasión las cargas no se colocaron bien y poca lava consiguió desviarse así. Una década más tarde el trabajo se hizo algo mejor.

Cuándo tomar las medidas

Aunque estas medidas de mitigación se han decidido después del inicio de la erupción, últimamente los científicos han comenzado a trabajar con otra mentalidad: la prevención. Un ejemplo son los mencionados estudios que han identificado los mejores lugares donde se deberían construir barreras que impidan que las erupciones del Nyiragongo causen los estragos que habitualmente causan en Goma. Los debates en este sentido referidos a los flujos de lava del Mauna Loa (Hawái) han progresado aún más. Allí, algunas medidas de mitigación de los efectos de las erupciones ya se ponen en práctica al mismo tiempo que se construyen infraestructuras de gran valor comunitario, como alrededor del Observatorio Mauna Loa de la Oficina Nacional de Administración Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos.

Cuestiones legales y éticas

Hay que tener en cuenta que siempre va a ser difícil decidir cuál es el mejor lugar al que dirigir la lava, el que produzca menos daños, ya que a menudo el criterio que se adopte será relativo y criticable. Por ejemplo, aunque la erupción del Monte Etna de 1991-1993 amenazó ciudades, se vio que cualquier redirección del flujo de lava la enviaría a lugares de gran valor ecológico, lo que produjo la oposición de entidades ambientalistas.

Desde luego, las intervenciones ante fenómenos tan desproporcionados por el momento no pueden pretender proteger todo, y de hecho no lo pretenden. Se trata de intentar mitigar daños, y especialmente aquellos sobre infraestructuras o instalaciones más valiosas, como los hospitales o las que tengan una relevancia muy importante en la economía de la población. Por ejemplo, en Hawái, el gobierno a menudo ha sido remiso a aceptar la responsabilidad de proteger ciertos elementos a costa de destruir otros, pero hizo una excepción a esta regla en 1984 cuando decidió salvar el hospital de Hilo.


Bibliografía

  • S. W. R. Tsang, y J. M. Lindsay. Lava flow crises in inhabited areas part I: lessons learned and research gaps related to effusive, basaltic eruptions. J Appl. Volcanol. 2020, 9 (art. 9). doi.org/10.1186/s13617-020-00096-y.
  • S. Scifoni et al. Mitigation of lava flow invasion hazard through optimized barrier configuration aided by numerical simulation: The case of the 2001 Etna eruption, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2010, 192 (1–2), 16. doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2010.02.002.
  • M. Favalli et al. Forecasting lava flow paths by a stochastic approach, Geophysical Research Letters 2005, 32 (3), doi.org/10.1029/2004GL021718.
  • J. P. Kauahikaua y R. I. Tilling: Natural Hazards and Risk Reduction in Hawai‘I, en Characteristics of Hawaiian Volcanoes (cap. 10) 2014, U.S. Geological Survey Professional, art. 1801-10. doi.org/10.3133/pp180110.

Imagen de cabecera: excursionistas pasean cerca de una barrera construida para detener una colada del volcán Fagradallsfjall, en Islandia. Foto: Golli – Icelandreview.com 2021.