Un reciente estudio ha aportado claridad matemática sobre cómo la presencia de cristales y burbujas de gas en el magma afecta la propagación de las ondas sísmicas P. Investigadores han derivado una nueva ecuación que caracteriza el desplazamiento de estas ondas a través del magma, revelando cómo las proporciones relativas de cristales y burbujas influyen en la velocidad de las ondas y las propiedades de las formas de onda.
El ratio de cristales a burbujas en los reservorios de magma subterráneos es crucial para la previsión de erupciones volcánicas. Dada la inaccesibilidad de observaciones directas, los científicos analizan las ondas P sísmicas registradas en la superficie para inferir estas características internas. Hasta ahora, los estudios previos se habían centrado predominantemente en la influencia de las burbujas de gas, con una consideración limitada hacia el contenido de cristales. Además, los modelos convencionales han abordado principalmente variaciones en la velocidad de las ondas y la atenuación de amplitud, sin capturar las transformaciones detalladas de las formas de onda.
Un nuevo enfoque matemático
En la investigación, publicada en la revista Physics of Fluids, los autores desarrollaron una nueva ecuación al integrar dos modelos matemáticos distintos sobre el flujo del magma. Los resultados muestran que la velocidad de las ondas P disminuye a medida que aumenta la proporción de burbujas en relación con los cristales, siendo las burbujas las que ejercen una influencia más significativa que los cristales. Por otro lado, los efectos de atenuación se vieron más fuertemente afectados por la presencia de cristales.
El análisis también reveló que las características de las formas de onda dependen de la frecuencia y del contenido de burbujas, con diferencias discernibles que emergen entre los dos modelos subyacentes. Esta nueva ecuación permite el cálculo dependiente del tiempo de las formas de onda P basándose en el contenido de burbujas y cristales en el magma.
De cara al futuro, el equipo de investigación tiene la intención de integrar este modelo con técnicas de aprendizaje automático para estimar la composición interna del magma a partir de las formas de onda P observadas, con el objetivo de mejorar la precisión de los sistemas de predicción de erupciones volcánicas.
Más información: Daichi Kurata et al, Weakly nonlinear wave propagation in magma containing crystals and bubbles, Physics of Fluids (2025). DOI: 10.1063/5.0251612
Proporcionado por la Universidad de Tsukuba
