El qué, por qué y dónde de los géiseres

Esta nota es del archivo de Knowable Magazine. Se publicó originalmente en enero de 2018.

Si ha estado en el parque nacional Yellowstone, seguro que ha visto uno de los géiseres más famosos del mundo. Aproximadamente cada hora u hora y media, Old Faithful lanza al aire una altísima columna de agua caliente y vapor. Multitudes de turistas cargados de cámaras se arremolinan a una distancia prudencial: el agua puede alcanzar los 200 grados Fahrenheit (unos 95 grados Celsius) y el vapor más de 350 grados F (175 grados C).

También los científicos han acudido en masa al Viejo Fiel. Sus fiables explosiones ofrecen un laboratorio natural para estudiar cómo el agua hirviendo sale disparada del suelo y se eleva por los aires. En unas memorias publicadas en 2017 en el Annual Review of Earth and Planetary Sciences, la geofísica Susan Kieffer recuerda cómo una fotografía de Ansel Adams de Old Faithful la inspiró a meter a su hijo de 9 años en una minivan Volkswagen y partir hacia Yellowstone en 1976. Tras un mes de filmación de Old Faithful, ella preparó el terreno para la comprensión moderna de cómo el agua caliente y el vapor, interactuando en cámaras subterráneas, impulsan las erupciones del géiser.

En la actualidad, los investigadores han estudiado no solo los géiseres de Yellowstone —que representan aproximadamente la mitad del total mundial—, sino cientos de otros en todo el mundo. Entre ellos se encuentran agrupaciones de géiseres en lugares como Islandia, el Valle de los Géiseres de Rusia y la Isla Norte de Nueva Zelanda. Científicos han vertido colorante en la garganta de los géiseres para ver cuánto tarda en aclararse y han colocado sismómetros en el suelo para escuchar los estruendos subterráneos antes de cada explosión.

Estos estudios están revelando la compleja física que se esconde tras los géiseres, relatan dos geocientíficos en el Annual Review of Earth and Planetary Sciences de 2017.

Se necesita una rara combinación de cavidades subterráneas y fuentes termales alimentadas por energía geotérmica para crear estas impresionantes fuentes naturales, afirman Shaul Hurwitz, del Servicio Geológico de EE.UU. en Menlo Park, California, y Michael Manga, de la Universidad de California en Berkeley. Aquí presentamos una mirada a qué impulsa estas raras y fascinantes erupciones, y qué están aprendiendo los investigadores sobre por qué las erupciones terminan, cambian su ritmo y a veces desaparecen por completo. Los géiseres también podrían darnos pistas sobre el funcionamiento de los grandes y peligrosos volcanes —e incluso sobre los procesos planetarios de otros mundos—.

¿Qué es un géiser?

Un géiser es cualquier fuente termal que ocasionalmente emite una combinación de agua turbulenta y vapor. Esto significa que los géiseres necesitan un suministro constante de calor y agua. Por eso, la mayoría se encuentran en zonas de actividad volcánica, que suministran calor desde abajo, y en lugares con mucha lluvia o nieve para suministrar el agua. Muchos géiseres aparecen en grupos conocidos como campos de géiseres, donde la erupción de un géiser en particular puede afectar el comportamiento de otros cercanos —haciéndolos más erráticos, por ejemplo, o menos frecuentes—.

Los géiseres también necesitan cavidades subterráneas donde acumular agua, vapor y presión. Sin estas cavidades, el agua simplemente brotaría de forma silenciosa y constante en una fuente termal. Los huecos enterrados permiten que el fluido y el gas se acumulen con el tiempo, creando la compleja interacción entre presión y temperatura que da lugar a una descarga repentina y turbulenta.

La mayoría de los géiseres alcanzan alturas de entre unos pocos metros y decenas de metros. El géiser Steamboat de Yellowstone —el más grande del mundo— entra en erupción con regularidad y alcanza una altura de unos 115 metros.

¿Qué hace que un géiser entre en erupción?

El agua que se filtra desde arriba se calienta con el calor geotérmico de abajo, formando vapor a presión en una cavidad subterránea. La alta presión hace que el agua se sobrecaliente por encima de su punto de ebullición habitual de 212 grados F (100 grados C). Cuando el agua tiene la oportunidad de expandirse, por ejemplo, filtrándose por la abertura del géiser, la presión cae inmediatamente, permitiendo que el agua sobrecalentada hierva. Casi inmediatamente el agua profunda se transforma en vapor, que se expande rápida y violentamente y empuja toda la mezcla de agua y vapor al aire en forma de erupción.

El químico alemán Robert Bunsen (del famoso mechero Bunsen) descubrió esta relación entre la presión y los puntos de ebullición en 1846, tras bajar un termómetro por Geysir, el géiser del sur de Islandia del que toma su nombre el fenómeno, que significa “chorrear” o “precipitarse”.

Desde entonces, los científicos han realizado otros experimentos, como poner colorante en el Old Faithful para averiguar cuánto duraría el color a lo largo de una serie de erupciones. Ese trabajo, realizado en 1963, demostró que el géiser tardaba más de 24 erupciones en aclararse, lo que sugería que la cavidad subterránea del Old Faithful contenía mucho más líquido que la cantidad expulsada en cada explosión.

En investigaciones más recientes, Manga y sus colegas han trabajado en un campo de géiseres en Chile conocido como El Tatio, a unos 4.200 metros de altura en el desierto de Atacama. A tanta altitud, el agua hierve a menor temperatura, por lo que se necesita menos calor geotérmico para producir un géiser. Los turistas llegan al amanecer para contemplar las tenues columnas de vapor que se condensan en el aire gélido y, si tienen suerte, una espectacular erupción sobre el fondo montañoso.

El equipo de Manga instaló instrumentos para medir la presión y la temperatura a distintas profundidades del campo de géiseres, así como la actividad sísmica y el desplazamiento del terreno. “Podemos confirmar que las ideas de Bunsen son correctas: que las erupciones comienzan cuando se inicia la ebullición en la parte superior de la columna de agua”, afirma Manga. “Y también podemos responder a preguntas como, ¿por qué terminan las erupciones?”. La respuesta, según ha descubierto su grupo en los últimos años, es que los géiseres terminan cuando se les acaba el vapor que proviene de mayores profundidades.

La exploración geotérmica ha acabado con muchos campos de géiseres en lugares como Nevada y Nueva Zelanda. Al explotar fuentes subterráneas de calor —en su mayoría procedentes de la desintegración radiactiva de elementos de la corteza terrestre— para extraer energía, las empresas han eliminado el calor que alimentaba los géiseres.

¿Por qué es tan difícil predecir el comportamiento de los géiseres?

Algunos géiseres son tan regulares como un reloj, mientras que otros son erráticos. La clave para predecir las erupciones es observar un géiser durante mucho tiempo. En Yellowstone, los guardas del parque y los aficionados han recopilado registros de Old Faithful y otros lugares que se remontan a décadas atrás.

En el menos escrutado El Tatio, el equipo de Manga estudió un gran géiser llamado El Jefe. En 2012 entró en erupción cada 132 segundos en promedio durante la semana que los investigadores estuvieron allí. En 2014, cuando los científicos regresaron, entraba en erupción en promedio cada 105 segundos. Hoy está completamente muerto.

Los géiseres son efímeros. Con el tiempo, los géiseres pueden cambiar su actividad debido a la forma en que el calor y el agua fluyen por el suelo. El agua suele arrastrar minerales ricos en sílice, que se precipitan sobre el suelo en forma de montículos o terrazas resbaladizas alrededor del punto de erupción. Estos minerales también pueden ensuciar los conductos subterráneos por los que fluye el agua, provocando el cierre de algunos géiseres y el rejuvenecimiento de otros.

El estado del tiempo puede alterar el mecanismo de relojería de un géiser. Algunos, como el Daisy Geyser de Yellowstone, están cubiertos por grandes charcos de agua; cuando hace frío y llueve, el agua superficial tarda más en llegar a ebullición y el géiser en entrar en erupción. El viento también puede cambiar la frecuencia de las erupciones, ya que los vientos fuertes enfrían las aguas superficiales y retrasan las erupciones.

Los terremotos también pueden cambiar la frecuencia de las erupciones de los géiseres, incluso desde muy lejos. En 2002, un terremoto de magnitud 7,9 en Alaska cambió el comportamiento de algunos de los géiseres de Yellowstone, a más de 3.000 kilómetros de distancia. A las pocas horas del sismo, varias fuentes termales pequeñas estallaron en flamantes fuentes temporales, mientras que otros géiseres más establecidos empezaron a entrar en erupción con mayor o menor frecuencia. “Es de suponer que el paso de las ondas sísmicas modificó las vías por las que se movían los fluidos”, explica Manga. “En la Tierra pueden ocurrir cosas curiosas”.

¿Los géiseres son volcanes?

No. Los géiseres emiten agua y vapor en lugar de la roca y la ceniza que salen de un volcán. Además, los géiseres son físicamente mucho más pequeños que los volcanes y sus erupciones son más frecuentes. Aun así, muchos de los procesos son similares y las mediciones de los géiseres pueden ayudar a los científicos a comprender algunos aspectos de los volcanes, afirma Manga. Por ejemplo, estudiar el tamaño que debe tener una cavidad subterránea para que se forme un géiser podría ayudar a esclarecer la relación entre las cámaras magmáticas subterráneas y las erupciones volcánicas.

Esto convierte a los géiseres en pequeños laboratorios naturales para explorar procesos eruptivos como los de los volcanes. Los sismólogos han detectado pequeños temblores en el suelo que emanan de los géiseres antes de que estallen. Los temblores se deben probablemente al rápido crecimiento y colapso de las burbujas en el interior del depósito subterráneo. En los últimos años, los científicos han documentado pequeños estruendos sísmicos que denominan “preplay”, que a menudo indican que una erupción mayor está en camino. Al parecer, el “preplay” prepara al géiser para estallar. En los volcanes no se producen fenómenos similares, pero conocer las señales que surgen antes de que un géiser entre en erupción podría ayudar a los investigadores a pensar de forma más creativa sobre qué buscar en los volcanes.

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¿Hay géiseres en mundos más allá de la Tierra?

Sí. Tanto Tritón, luna de Neptuno, como Encélado, luna de Saturno, presentan erupciones ocasionales de mezclas de sólidos y gas de sus superficies heladas. En Tritón, la fuente de energía parece ser la luz solar que cae sobre la superficie y la calienta desde arriba, formando chorros posiblemente de nitrógeno. En Encélado, las mareas provocadas por la atracción gravitatoria de Saturno hacen que la capa exterior de hielo se flexione, formando grietas. Los científicos planetarios creen que el material que salpica el espacio desde Encélado procede de un océano enterrado, por lo que cualquier sonda futura podría volar directamente a través de uno de estos géiseres, buscando señales químicas de vida en las profundidades de la luna.

Lo que convierte a los géiseres no solo en una maravilla turística en la Tierra, sino en una posible forma de explorar la vida en otros mundos lejanos.

Artículo traducido por Debbie Ponchner