Introducción
Los fenómenos volcánicos, en particular las erupciones explosivas y la emisión de piroclastos, constituyen procesos naturales de gran envergadura, que no sólo modelan el relieve terrestre, sino que plantean importantes retos para las poblaciones asentadas en sus cercanías. Se estudiarán de manera sistemática las cenizas volcánicas generadas por el Popocatépetl, integrando el análisis de muestras de campo —mediante granulometría, petrografía y geoquímica— con simulaciones numéricas de dispersión y depósito realizadas con el modelo FALL3D. Partiremos de los registros eruptivos de las últimas tres décadas, de los datos de monitoreo atmosférico de la Ciudad de México y de mediciones de laboratorio, lo que permitirá relacionar teoría y práctica en un contexto real.
La demanda de estos contenidos proviene tanto de instituciones dedicadas a la protección civil y la salud pública, como de comunidades ubicadas en zonas de influencia volcánica, que requieren herramientas científicas para anticipar y mitigar los efectos de la caída de ceniza. Se comprenderán los fundamentos de la caracterización de fragmentos piroclásticos y se aprenderán a interpretar mapas de depósito generados por modelos atmosféricos, lo cual es esencial para evaluar riesgos a la salud, la agricultura, la infraestructura y el transporte aéreo.
Partiendo de lo más elemental a lo más complejo, se iniciará con conceptos básicos sobre tipos de erupciones y clasificación de piroclastos, avanzando hacia técnicas de laboratorio y análisis de datos, y culminando con la aplicación práctica de simulaciones y el diseño de recomendaciones de autoprotección y gestión comunitaria. Así, se busca no sólo generar expectativas e interés, sino motivar a aplicar el conocimiento científico en la construcción de soluciones que fortalezcan la resiliencia frente a futuros eventos volcánicos.
Objetivo
Identificar las herramientas fundamentales para comprender y analizar las cenizas volcánicas, a partir de su composición, para el reconocimiento de su impacto social y ambiental, fomentando el desarrollo de habilidades prácticas y analíticas en el estudio de los fenómenos volcánicos.
Actividad 1. Las erupciones volcánicas
Las erupciones volcánicas son eventos naturales fascinantes y poderosos que impactan la superficie terrestre de múltiples maneras. Entre los productos más comunes de estas erupciones se encuentran las cenizas volcánicas, partículas finas expulsadas por los volcanes que pueden viajar grandes distancias y afectar ecosistemas, actividades humanas y estudios geológicos. Su análisis es clave para comprender procesos geológicos y evaluar riesgos.
Glosario
Los fenómenos volcánicos
En esta sección se abordarán los fundamentos de los diferentes tipos de erupciones volcánicas y la clasificación de los materiales piroclásticos, pasos imprescindibles para comprender la génesis y el comportamiento de los depósitos que generan. Iniciaremos describiendo los principales estilos eruptivos —fúmicos, estrombolianos, vulcanianos y plinianos— en función de la dinámica del magma, la liberación de gases y la energía explosiva. Cada estilo se ilustrará con ejemplos históricos y se relacionará con la forma de la columna eruptiva, la dispersión de fragmentos y el alcance del daño potencial.
A continuación, nos adentraremos en la clasificación de los piroclastos, distinguiendo entre cenizas, lapilli y bloques o bombas volcánicas según su tamaño y textura. Exploraremos cómo la granulometría y la morfología de estas partículas revelan información sobre el mecanismo de fragmentación y las condiciones de transporte en la columna eruptiva. Esta comprensión básica permitirá al lector identificar en campo y en laboratorio los tipos de productos volcánicos, sentando las bases para los análisis más avanzados de granulometría, petrografía y modelación de dispersión que se desarrollarán en secciones posteriores.
En las siguientes secciones se presentan los temas relevantes relacionados al estudio de las cenizas volcánicas.
Las cenizas volcánicas
Piroclastos
Las cenizas son piroclastos, que son fragmentos de material volcánico que se expulsa durante las erupciones volcánicas. Se clasifican de acuerdo a su tamaño en bloques y bombas que son fragmentos >64 mm de diámetro, lapilli (llamado tezontle cuando es vesicular), entre 2 y 64 mm de diámetro y cenizas de grano grueso (hasta 2 mm) o fino (<63 μm).
Piroclastos
Las cenizas volcánicas están constituidas por fragmentos de roca, cristales y vidrio volcánico. Sus características (forma, tamaño, componentes y geoquímica) brindan información sobre el tipo de erupción, la composición y velocidad del ascenso del magma, entre otras cosas.
La ceniza fina puede ser resultado de una erupción explosiva que fragmentó el material o puede resultar de la segregación por tamaños, en donde las partículas grandes caen más cerca y las finas son llevadas por los vientos más lejos del volcán.
Piroclastos
Granulometría
Uno de los estudios que se les hace a los piroclastos es el de granulometría, para conocer la distribución de los tamaños de las muestras de ceniza. En el caso de las fracciones más gruesas se emplea la técnica de tamizado clásico. Esto consiste en separar las partículas mediante el movimiento oscilatorio de una columna de tamices con mallas de diferentes tamaños de abertura. Se ordenan en tamaño decreciente; los más grandes en la parte superior (>64 mm) y los más pequeños hasta abajo (~64 µm). Para analizar otra muestra, se deben lavar muy bien los tamices usando sólo agua y después limpiar en el ultrasonido por al menos 15 minutos. Al final deben secarse los tamices con aire.
Las partículas de ceniza fina, <63µm, son estudiadas con un sedimentógrafo láser, que emite un rayo hacia las partículas en suspensión en un medio acuoso. El espectro resultante permite determinar la distribución del tamaño de las partículas, incluyendo las más finas, que pueden llegar hasta 0.3 µm. El polvo volcánico es la fracción más fina de los piroclastos, compuesta por partículas de fragmentos vítreos y minerales ultrafinos. Estas partículas pueden permanecer en la atmósfera durante años, afectando el clima global (enfriamiento por bloqueo de la radiación solar) y la calidad del aire a grandes distancias. Su tamaño se define típicamente como < 0.004 mm.
| Tipo de piroclasto | Rango de tamaño |
|---|---|
| 1. Bombas y bloques | > 64 mm |
| 2. Lapilli | 2–64 mm |
| 3. Ceniza gruesa | 0.063-2 mm |
| 4. Ceniza fina | <0.004-0.063 mm |
| 5. Polvo volcánico | < 0.004 mm (4 μm) |
Granulometría
El término Phi (ϕ) en el estudio de las cenizas volcánicas es una escala logarítmica utilizada en granulometría para clasificar el tamaño de partículas sedimentarias, incluidas las cenizas. Fue propuesta por el geólogo William C. Krumbein en 1934 y simplifica el análisis estadístico de distribuciones de tamaños de partículas.
En la caracterización granulométrica de cenizas volcánicas, la distribución de tamaños de partícula suele transformarse a la escala logarítmica (φ), para ajustarse a una función de densidad normal o “gaussiana”. Existen varios tipos de distribución gaussiana que reflejan diferentes condiciones de fragmentación y transporte:
- Distribución unimodal y simétrica
Descripción: Presenta un solo pico centrado en la media gráfica (φ̄), con colas igualmente pobladas hacia tamaños mayores y menores.
Significado: Indica un proceso de fragmentación relativamente uniforme y un transporte homogéneo, típico de erupciones con una sola fuente de emisión y régimen de viento constante.
Parámetros: Desorden gráfico (σg) bajo (≈ 0.5–1 φ), buena selección de granos y mínima dispersión.
- Distribución unimodal y sesgada
Sesgo positivo (colapso hacia los tamaños finos).
Pico desplazado hacia valores altos de φ (partículas muy finas).
Relacionado con procesos más energéticos que pulverizan el magma o con transporte prolongado que elimina las fracciones gruesas.
Sesgo negativo (colapso hacia los tamaños gruesos).
Pico en valores bajos de φ (fragmentos más gruesos).
Asociado a erupciones menos explosivas o caídas de ceniza cercanas al cráter, donde no se separan bien las partículas finas.
- Distribución bimodal o multimodal
Descripción: Muestra dos (o más) picos bien definidos, cada uno con su propia media y desviación.
Significado: Refleja la mezcla de materiales procedentes de diferentes fases eruptivas o de distintas capas de flujo piroclástico (por ejemplo, una primera fase explosiva seguida de fases de colapso).
Implicaciones: Indica complejidad en la historia eruptiva, con cambios en la energía de emisión o variaciones en el contenido de gas y cristalización del magma.
- Distribución muy ancha
Descripción: Amplia desviación estándar gráfica (σg > 2 φ), con una curva achatada y colas extensas.
Significado: Señala mezcla de múltiples procesos de fragmentación, largos tiempos de transporte y/o resuspensión de partículas antiguas.
Consecuencias: Dificulta la interpretación de la energía eruptiva precisa y requiere un análisis más detallado para descomponer la señal granulométrica.
Comprender estos patrones de distribución gaussiana permite inferir la dinámica eruptiva —desde la energía de fragmentación hasta las condiciones meteorológicas durante la dispersión— y es un paso esencial antes de proceder a análisis más detallados de petrografía y geoquímica.
Fórmula y definición
La escala ϕ se calcula mediante la siguiente ecuación
Interpretación:
- Valores negativos de Phi (ϕ < 0): Partículas gruesas (diámetros mayores a 1 mm).
- Valores positivos de Phi (ϕ > 0): Partículas finas (diámetros menores a 1 mm).
- Phi = 0: Corresponde exactamente a 1 mm (límite entre arena gruesa y fina).
Se emplea porque…
- Normalización de información
- Permite comparar tamaños de partículas en una escala lineal (ej: ϕ = 2 a ϕ = 4 es igual a ϕ = -2 a ϕ = 0).
- Facilita cálculos estadísticos (media, desviación estándar) para caracterizar depósitos volcánicos.
- Relación con procesos eruptivos:
- Las cenizas finas (ϕ altos) son transportadas a mayores distancias por el viento (ejemplo: columnas eruptivas altas).
- Las partículas gruesas (ϕ bajos) caen cerca del volcán, indicando erupciones de menor energía.
- Aplicaciones prácticas:
- Modelado de dispersión: Herramientas como FALL3D usan φ para predecir la caída de ceniza en mapas de riesgo.
- Impacto ambiental: Partículas con ϕ> 4 (menos de 0.063 mm) permanecen suspendidas en el aire, afectando la calidad del aire y la aviación.
- Normalización de información
Petrografía
Además, se llevan a cabo análisis petrográficos mediante el uso de láminas delgadas y microsonda electrónica en las cenizas volcánicas.
Estos estudios permiten determinar las características petrogenéticas, es decir, los procesos geológicos que dieron origen a las cenizas, mediante la observación detallada de la morfología (formas y estructuras) de los componentes individuales, como minerales cristalizados (plagioclasa o cuarzo), fragmentos de vidrio volcánico (material amorfo resultante del enfriamiento rápido del magma) y la matriz (material fino que une las partículas). Esta información es clave para reconstruir las condiciones de formación del magma, su evolución en la cámara magmática y el tipo de erupción que las generó.
Petrografía
Geoquímica
El estudio geoquímico de las cenizas volcánicas se centra en descifrar la composición química del material eruptivo para entender su origen y evolución.
La técnica más utilizada es la fluorescencia de rayos X (FRX), que permite cuantificar tanto los elementos mayores (SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MnO, MgO, CaO, Na₂O, K₂O, P₂O₅) como elementos traza (V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, Pb, Th, Ce, La) (LaTour et al., 1989; Bardelli et al., 2020).
Estos datos revelan:
- Origen del magma: Altas concentraciones de Ni y Cr sugieren una fuente mantélica (profundidades de ~40 km o más), mientras que enriquecimientos en Rb o Ba pueden indicar interacción con la corteza continental.
- Procesos magmáticos: Mezcla de magmas, cristalización fraccionada o asimilación de rocas encajonantes durante el ascenso.
Relaciones entre volcanes: Similitudes químicas entre cenizas de diferentes erupciones ayudan a identificar cámaras magmáticas conectadas o sistemas volcánicos asociados, como ocurre en el cinturón volcánico transmexicano, en donde el Popocatépetl comparte rasgos geoquímicos con volcanes vecinos.
En la figura se observa una comparación geoquímica entre piroclastos de tres volcanes mexicanos: Iztaccíhuatl, Chichinautzin y Popocatépetl. El piroclasto representado con mayor contenido de dióxido de silicio (SiO2) corresponde a Iztaccíhuatl, lo que indica una composición más félsica —probablemente andesítica a dacítica—, propia de erupciones más viscosas y explosivas. Aquellos con proporcionalmente más dióxido de titanio (TiO2) se asocian al sistema Chichinautzin, reflejando rasgos composicionales más básicos, típicos de erupciones lávicas de tipo monogenético. Finalmente, el piroclasto con rango intermedio de 56-65 % de SiO2 corresponde a Popocatépetl, representando composiciones definidas como andesíticas, lo cual es consistente con su dinámica eruptiva frecuente y significativa influencia en la región central de México.
Las cenizas del Popocatépetl
El monitoreo sistemático de las cenizas emitidas por el volcán Popocatépetl se realiza mediante una red de colectores estratégicamente ubicada en los estados de Puebla, Morelos, Estado de México, Ciudad de México y Tlaxcala.
Tras cada evento eruptivo, las muestras recolectadas se transportan al laboratorio bajo protocolos de preservación, almacenándose en recipientes herméticos, para evitar contaminación o alteración de sus propiedades.
El proceso analítico incluye:
- Análisis preliminar:
- Microscopía estereoscópica: Identificación visual de componentes (vidrio volcánico, cristales, fragmentos líticos) y estimación de granulometría.
- Clasificación física: Separación de partículas por tamaño y densidad para estudios específicos.
- Análisis avanzados (según disponibilidad de muestra):
- Fluorescencia de rayos X (FRX): Determinación de la composición elemental mayoritaria (SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, etc.) y trazas (Zn, Pb, Cu).
- Estudios de lixiviados: Análisis de gases y compuestos solubles (como sulfatos o cloruros) adsorbidos en las partículas, que pueden contaminar suelos y agua.
- Evaluación toxicológica: En colaboración con médicos del Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias (INER), se examina el potencial impacto en la salud humana, especialmente en vías respiratorias y piel.
Estos datos no sólo permiten caracterizar la actividad eruptiva actual del Popocatépetl, sino que también alimentan modelos predictivos (como FALL3D) y guían la implementación de alertas tempranas para poblaciones vulnerables en el centro de México.
Simulaciones del depósito de las cenizas
El estudio de dispersión y deposición de cenizas volcánicas se basa en simulaciones generadas con el modelo FALL3D (Folch et al. 2009), una herramienta computacional que integra parámetros eruptivos (altura de la columna, tasa de emisión, granulometría) y meteorológicos (vientos, humedad). Utilizando emisiones hipotéticas (escenarios eruptivos probables), se han calculado los depósitos de ceniza para columnas eruptivas de 3 km, 5 km y 10 km de altura, considerando datos desde 2017 hasta la actualidad. Estos resultados se analizaron mediante el sistema Hazardmaps, el cual cuantifica la probabilidad acumulada de deposición de ceniza en zonas aledañas al volcán Popocatépetl, tanto a escala mensual como anual.
Las simulaciones revelan patrones críticos:
- Columnas bajas (3 km): La ceniza se deposita principalmente en un radio de 10-20 km, afectando comunidades cercanas como Santiago Xalitzintla o San Nicolás de los Ranchos.
- Columnas medias-altas (5-10 km): Las partículas alcanzan zonas urbanas como Puebla o Tlaxcala, con impactos en infraestructura y transporte aéreo.
- Estos modelos, disponibles en http://lamca.atmosfera.unam.mx/fall3d, son clave para…
- Planificación de emergencias: Identificar áreas prioritarias para evacuación o distribución de recursos.
- Mitigación de riesgos: Diseñar protocolos de protección respiratoria y limpieza de ceniza.
- Investigación geológica: Comparar depósitos simulados con registros históricos, validando la precisión del modelo.
De acuerdo con el mapa de dispersión del pronóstico, el depósito de ceniza volcánica se concentra principalmente sobre el territorio poblano, en donde los vientos predominantes han transportado las partículas finas desde la fuente eruptiva hasta formar una capa visible sobre campos agrícolas, carreteras y zonas urbanas. En Puebla, la ceniza se asienta de manera más abundante en las laderas orientales de los volcanes cercanos, generando depósitos de varias milésimas a centésimas de milímetros de espesor que cubren superficies amplias. Estos depósitos, de textura fina y de color gris claro, afectan la calidad del aire local y pueden reducir la visibilidad, al tiempo que aportan nutrientes al suelo volcánico, aunque también requieren medidas de limpieza y protección para evitar daños en infraestructuras y salud respiratoria.
Impacto y recomendaciones
Las cenizas volcánicas representan un riesgo multifacético: afectan la salud humana (irritación ocular, problemas respiratorios y agravamiento de enfermedades crónicas), dañan la biota (contaminación de suelos y cuerpos de agua, alteración de ecosistemas), degradan la calidad del aire y obstruyen comunicaciones (bloqueo de carreteras, fallas en sistemas eléctricos y suspensión del transporte aéreo). Para mitigar estos efectos, es esencial implementar medidas de protección personal, como las siguientes:
Además, se recomienda sellar ventanas, limitar actividades al aire libre durante episodios de caída intensa y mantener hidratación constante para evitar la inhalación accidental. Estas acciones no sólo protegen a individuos, sino que reducen el impacto acumulativo en comunidades expuestas, como las cercanas al volcán Popocatépetl en México.
Conclusión
El estudio integral de las cenizas volcánicas, desde su granulometría (expresada en escala Φ) y distribución estadística (gaussiana o bigaussiana), hasta su composición petrográfica y geoquímica (vía fluorescencia de rayos X y microscopía), provee las bases para evaluar riesgos multidisciplinares. En el caso del Popocatépetl, los análisis de lixiviados y toxicología han revelado implicaciones críticas para la salud y los ecosistemas, mientras que las simulaciones de dispersión y depósito permiten predecir impactos operacionales (aviación, infraestructura) y ambientales. Esta sinergia metodológica no sólo caracteriza la dinámica eruptiva, sino que sustenta recomendaciones concretas para la gestión de crisis: sistemas de alerta temprana basados en modelos predictivos, protocolos de protección respiratoria adaptados a la fracción ultrafina (<4 μm) y estrategias de mitigación para la contaminación de suelos y agua. La vigilancia continua, apoyada en estas herramientas, es esencial para transformar conocimiento científico en resiliencia ante erupciones futuras.
Actividad 2. Reconociendo los piroclastos
Los piroclastos son fragmentos de material volcánico expulsados durante una erupción. Dependiendo de su tamaño, tienen distintos efectos en el entorno, desde impactos mecánicos directos hasta consecuencias climáticas y de salud. Comprender la clasificación de los piroclastos ayuda a interpretar los riesgos asociados con erupciones volcánicas y la dinámica de los procesos geológicos.
Autoevaluación. Cenizas volcánicas y gestión de riesgos
Se requieren herramientas científicas para anticipar y mitigar los efectos de la caída de ceniza, lo cual es esencial para evaluar riesgos a la salud, la agricultura, la infraestructura y el transporte aéreo.
También es necesario evaluar la composición de las cenizas volcánicas, el riesgo multifacético que representan y las medidas de protección.
Fuentes de información
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Básicas
Bibliografía
Documentos electrónicos
Complementarias
Bibliografía
Documentos electrónicos
Sitios electrónicos
Cómo citar
García, J. A., Martin, A. L., González, S. K., Sandoval, M. y Pineda, J. C. (2025). Las cenizas volcánicas y cómo se estudian: caracterización, dispersión e impacto. Unidades de Apoyo para el Aprendizaje. CUAED/Instituto de Ciencias de la Atmósfera y Cambio Climático-UNAM. (Vínculo)