Cenizas volcánicas, esas importaciones islandesas

Imagen: Jóhann Ingi Jónsson | Via: The Atlantic

De nuevo asistimos a una erupción volcánica en Islandia, con consecuencias potencialmente peligrosas para la navegación aérea en Europa. Esta vez, afortunadamente, el nombre del volcán se puede pronunciar: Grimsvötn. Pero, aunque la nube de cenizas no parece tan extensa en esta ocasión, vuelve la inquietud. ¿Habrá que cerrar el espacio aéreo europeo? Por si las moscas, algunos barcelonistas ya se están replanteando su viaje a Wembley.

La solución al problema no es sencilla. Parece que baste con echar un vistazo a las fotos por satélite, preguntar a los meteorólogos por dónde va a soplar el viento, y cuestión resuelta. Eso ayuda, por supuesto, pero no nos da información sobre la densidad de la nube, su altura, composición o concentración. Esto último resulta especialmente importante, ya que nos indicará si los aviones pueden volar con seguridad.

El principal problema debido a los aerosoles atmosféricos como polvo y cenizas, en lo relativo a un avión, está en los motores. Si entran partículas extrañas, las altas temperaturas en el interior de los motores a reacción las funden; se adhieren en zonas donde no debe haber partículas, y pueden en casos extremos impedir el funcionamiento del motor. Cuántas partículas, y de qué tipo, puede aceptar un motor de avión depende de muchos parámetros, como el tiempo de vuelo. Hay otros problemas potenciales, como el bloqueo de los instrumentos sensores, fallos en los sistemas neumáticos o eléctricos, problemas de comunicación y falta de visibilidad.

Durante la crisis de 2010, prácticamente no había protocolos de actuación ante la presencia de ceniza volcánica, salvo la evidente: en caso de erupción, no volar. La nube del volcán innombrable obligó a establecer límites más o menos arbitrarios. Desde entonces, hemos avanzado. Justamente el pasado mes de abril, la Organización Internacional de Aviación Civil (ICAO) llevó a cabo un gran ejercicio de prueba para simular una crisis debida al … volcán Grimsvötn. ¡Qué puntería! Está claro que lo venían venir.

Desde diciembre de 2010, la ICAO establece tres zonas, en función de la concentración de cenizas:

Zona de concentración baja: inferior a 2 miligramos por metro cúbico de aire – Zona de concentración media: entre 2 y 4 miligramos/m3 – Zona de concentración alta: superior a 4 miligramos/m3

En función del tipo de concentración, los Estados Miembros y las aerolíneas establecen los mecanismos de vuelo, y si es necesario se delimitan zonas de peligro. En general, los aviones podrán volar siempre en zonas de concentración baja; cuando la concentración es media, las aerolíneas deberán garantizar que sus aviones están preparados para esa circunstancia. Con concentración alta, se decidirá según el caso, y no siempre los criterios de aerolíneas y controladores coinciden. El 24 de mayo, Ryanair afirmó haber efectuado un vuelo de prueba en una región de supuesta alta concentración de cenizas, sin efectos aparentes para el avión, lo que según ellos prueba que los mapas de concentración usados por las autoridades escocesas estaban equivocadas. A pesar de ello, la autoridad de aeronavegación irlandesa ha prohibido todos los vuelos desde o hacia Escocia. Las demás aerolíneas han acatado esta decisión.

Pero ¿cómo se estima la concentración de partículas en el aire? Podemos hacer una estimación de la masa de cenizas lanzadas a la atmósfera y aplicarles modelos climáticos. O bien optar por la acción directa y medir sobre el terreno. En este último caso, hay dos procedimientos para efectuar medidas de concentración. El primero es la observación desde el aire, por medio de aviones o globos sonda especialmente equipados para recoger muestras. El problema es que no se pueden tener medios en el aire de forma continua, en todos los puntos de interés y en todo instante. Y, por supuesto, en casos de alta concentración, los propios aviones de investigación sea arriesgan a problemas mecánicos.

Entra el segundo mecanismo de observación: estaciones terrestres. Hay redes de estaciones dispersas por todo el mundo que observan y miden la calidad del aire. Uno de los instrumentos utilizados es éste:

CIMEL | Imagen: NASA

Se llama CIMEL, y a mis niños les recuerda un arma de defensa planetaria de Babylon 5. En realidad, sí que es un cañón de rayos láser. Emite impulsos láser a varias longitudes de onda, en pequeños “paquetes” que rebotan en las capas de la atmósfera. Analizando las características de la luz dispersada, y aplicando algunas aproximaciones y una cantidad enorme de cálculos, podemos obtener de forma bastante aproximada el “perfil cimel”, es decir, una estimación de la concentración de partículas a diversas alturas. Los datos están sujetos a diversos factores de error, y puesto que yo trabajo en este campo, les aseguro por experiencia personal que no es nada fácil ni directo obtener resultados. Pero puede hacerse.

Por desgracia, las medidas terrestres tienen sus problemas. En primer lugar, no son ágiles en absoluto. Calibrar los instrumentos de medida, garantizar su buen funcionamiento, y luego captar y tratar los datos, es un proceso que puede llevar meses. Podría hacerse más rápido, pero habría que cambiar el “protocolo de actuación.” Estas redes de observación no se pensaron como un sistema de alerta rápida y temprana. No funcionan como un radar, donde el blip en una pantalla verde nos indica de inmediato la existencia del problema. Hay demasiadas variables en juego: concentración total, tipo de partículas, forma, tamaño, composición … y eso para cada capa atmosférica. Como anécdota, les diré que hace poco leí un artículo de un grupo de científicos alemanes, donde tras analizar datos cuidadosamente, llegaron a la conclusión de que Alemania no debió haber cerrado su espacio aéreo. Por supuesto, a toro pasado es fácil dictaminar, así que no critiquemos demasiado a Angela Merkel (que tiene un doctorado en Física, por cierto).

En segundo lugar, sólo hay un puñado de estaciones terrestres por todo el mundo. En número absoluto son muchas, pero si las esparcimos por la superficie terrestre, tocan a un montón de territorio por cada una. La red AERONET, en la que mi equipo colabora, solamente tiene dos estaciones en todo el Reino Unido que hayan proporcionado datos este año. Las dos están en el sur del país, y ninguna pueden proporcionar datos bien calibrados y de calidad (lo que llamamos “Nivel 2″). Y son las más cercanas a Islandia. Ese es el motivo por el que se están invirtiendo grandes sumas de dinero en satélites que nos permitan hacer lo mismo en cualquier lugar del planeta. Seguiremos teniendo el problema de procesar y analizar bien todos los datos que nos vengan, pero nos estamos preparando para ello.

Por ahora, sin embargo, los datos que tenemos permitirán hacer un seguimiento de la nube islandesa lo bastante bueno como para poder tomar decisiones. Las últimas predicciones, en el momento de escribir estas líneas, indican zonas de alta concentración de cenizas sobre el Reino Unido, sur de Escandinavia, norte de Alemania, y en un curioso arco septentrional, el Ártico y zonas del de la zona asiática norte de Rusia. Nuestra colega amazing Almudena M. Castro, de visita polar a las Svalbard, podrá hacer estupendas fotos que ya esperamos con ilusión.

No parece que vaya a afectar al espacio aéreo español, pero todo puede cambiar de un día para otro. En cualquier caso, suerte a los culés, y espero que mi hipermadridista hermano no esté leyendo esto.


13 Comentarios

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foncu

O estoy muy espeso por las mañanas, o hay algo que no me cuadra en la definición de las concentraciones:

– Zona de concentración baja: inferior a 2 miligramos por metro cúbico de aire
– Zona de concentración media: entre 2 y 4 miligramos/m3
– Zona de concentración alta: superior a 2 miligramos/m3

alta no debería ser >4mg/m3 ?

Arturo Quirantes

Correcto, deben ser 4 mg, no 2. Soy yo el espeso.

Aunque los del El País me ganan a espesor. Ayer lo convirtieron en “2 GRAMOS por cada 10 metros cúbicos” Se les escapó un factor 100.

HUBHUB

Hay cosas que yo no acabo de entender así intuitivamente a la primera y me da pereza ponerme a calcular porque, además, no me fiaría de mi resultado.
Una de ella es que me parece que deberían fundirse unas masas de hielo muuuuuy grandes para que el nivel del mar subiera de forma apreciable. Otra es que el famoso volcán debería arrojar muuuuchas toneladas de ceniza para que esas concentraciones llegaran a esas zonas que dicen.
Quizá alguien tenga los cálculos a mano y nos los pueda hacer llegar. Yo lo agradecería.

DarkSapiens

¿Eh? ¿Quién ha hablado del nivel del mar? Estas cenizas se dispersan principalmente por el aire… Parece que no hayas leído el artículo :S

Y en cuanto a las concentraciones de ceniza… ¿No te enteraste de nada de lo que ocurrió el año pasado? Vaya si se llegaron o_O

Arturo, muy buen artículo :)

Un saludo!

HUBHUB

Me he vuelto a leer el artículo y me ha vuelto a aparecer la curiosidad por conocer :”¿cómo se estima la concentración de partículas en el aire? ”
Intuitivamente, me parece poca ceniza para tanto espacio , de la misma manera que me parece que habría que derretir mucho hielo para hacer subir el nivel del mar. Podría haber puesto otra comparación pero me salió esa porque, en su día, pensé algo parecido aplicado a aquel caso que, efectivamente, no tienenada que ver.
Parece obvio que a la salida del volcán e incluso unos cientos de quilómetros hay “mucha” ceniza. También está claro que la ceniza es transportada y que se puede aplicar un modelo climático. Lo que pretendo decir y perdón a los que sí lo hayan entendido es que:
1-La concentración de ceniza, quizá, debería ir disminuyendo con la distancia.
2-La masa inicial de ceniza necesaria para mantener concentraciones altas a distancias de miles de quilómetraos debería ser muy grande. Quizá ¿demasiado grande para esas concentraciones?
3- Si alguien tiene números en ese sentido, le agradecería que los mostrase. Ordenes de magnitud simplemente.

DarkSapiens

HUB, ¿por qué te parecen tan altas las concentraciones? Se habla de miligramos de ceniza por metro cúbico de aire. Un miligramo es lo que pesa un milímetro cúbico de agua (una gota es más grande que eso), y si distribuyes eso en un metro cúbico es bastante poco.

Lo que no quita para que debido a la velocidad que llevan los aviones, y a la compresión del aire en las turbinas de los motores, incluso esas bajas concentraciones sean peligrosas.

Un saludo!

HUBHUB

Bueno ya dije que no quería meterme a hacer cáculos porque, probablemente, los haría mal.
Si tomamos un volumen de una milésima de la cuarta parte de lo que sería una esfera de 10000m por encima de la superficie terrestre a mi me sale que para crear una concentracion de 4mg por metro cúbico harían falta más de 5120 millones de toneladas de ceniza.
Me sigue pareciendo muuuuucha ceniza.
Pero mi cálculo, además de pueril, probablemente, está tan equivocado como mi intuición. Por eso insisto en si alguien tiene números buenos…
Saludos

Arturo Quirantes

A ver. 4 miligramos por metro cúbico serían 4 toneladas por metro cúbico. Si la ceniza se desparramase en una extensión de 100.000 km2 con un espesor de 1 km, necesitaríamos 400.000 toneladas. No es tanto.

HUBHUB

Entiendo que que quieres decir 4 toneladas por kilómetro cúbico.
Eso quiere decir que para hacer una “capita” de 1km de espesor sobre una superficie una quinta parte de España se necesitaría que salieran 400000 toneladas de ceniza del volcán y que llegaran integramente a España. Mi problema es que la intuición me dice que por el camino se irían también diluyendo. Quiero decir que con 400000 toneladas es fácil tener esas concentraciones relativamente cerca del volcan (algunos 500 km) pero luego no parece tan fácil.
Digo “capita” porque supongo que para los aviones 1000m más o menos de altitud no debería suponer un problema si van dirigidos por los controles aéreos.
Gracias por el artículo y por la respuesta.
Saludos

Arturo Quirantes

Sí, en efecto, 4 toneladas por kilómetro cúbico.

De hecho, la concentración ya ha ido disminuyendo en las zonas que ayer estaban en concentración alta. El problema con el volcán del año pasado es que siguió escupiendo cenizas durante varios días. Parece que el de ahora se ha apagado.

Debe de haber salido, digamos, del orden del millón de toneladas de cenizas. ¿Es mucho? No sé, no soy vulcanólogo, pero creo que entra dentro de lo razonable. Sería cuestión de ir mirando por ahí, a ver si ya hay estimaciones.

De hecho, en la Wikipedia (http://es.wikipedia.org/wiki/Erupci%...6tn_de_2011) ya hablan de 120 millones de toneladas. Con eso podríamos tapizar una capa de 4 km de grosor y más de 7 millones de km2 de superficie. Teniendo en cuenta que buena parte de ese material cae cerca del volcán, los datos son razonables. Creo.

HUBHUB

Pues si, esos datos ya me cuadran, pero se puede seguir jugando…
Si suponemos que los 120millones de toneladas de ceniza provienen de 120 millones de toneladas de lava y que la lava tiene una densidad 3, quedaría un agujero de 40 millones de metros cúbicos. Eso significa que si la superficie fuera como una manzana del ensanche de Barcelona(100X100m) el agujero tendría 4km de profundidad.
Supongo que lo que pasa es que sale más lava de abajo y lo rellena…o que es mucho más ancho…
Pero, tienes razón, todo eso es para los vulcanólogos. Sinembargo no deja de ser fascinante.
Gracias de nuevo y perdona las diarreas mentales pero ya se sabe, el verano está ya al caer…

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JosemaJosema

A los peligros de volar a traves de una nube volcanica hay que añadir el hecho de los daños que se producen en el exterior del avion. Alas, fuselaje, sensores de velocidad, altura y temperatura… (es como volar a traves de una nube de lija) y remitiendome al comentario de CasiNadieLoSabe en el incidente del que habla el podcast hay otro factor, el hecho de que el radar meteorologico no detecta o no detectaba (que alguien me corrija) una nube que no fuera de agua ademas de lo toxico que puede resultar respirar el aire cargado de ceniza.

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