La química de los gases tóxicos que produce el volcán

Los volcanesemiten partículas y gases peligrosos, especialmente en la columna de erupción, donde se produce la mayor parte del dióxido de azufre, y cuando la lava entra en contacto con el mar, donde se produce cloruro de hidrógeno como consecuencia del choque térmico. Estos dos gases se vuelven ácidos en contacto con el agua, formando ácido sulfúrico y ácido clorhídrico respectivamente.

También se emite a la atmósfera material particulado (PM) que suele contener metales pesados como plomo y mercurio. En química atmosférica el material particulado se clasifica según su diámetro aerodinámico, así las PM10 tienen un diámetro inferior a 10 micras como las cenizas y el polvo que reducen la visibilidad, dificultan la fotosíntesis de las plantas y la absorción de nutrientes. También modifican la acidez de las aguas, afectando a la flora y la fauna y dañando la salud de las personas: asma, bronquitis, algunas enfermedades cardiovasculares y cánceres. Cuanto más pequeño es el material particulado, más profundamente se desplaza dentro del sistema respiratorio, afectando con más gravedad a la salud. Por eso, otra de las medidas habituales en química atmosférica para evaluar la calidad del airees la de PM2,5, material particulado de menos de 2,5 micras de diámetro.

Después del vapor de agua, el gas que más emite un volcán es el dióxido de azufre. En La Palma se han llegado a emitir diariamente más de 10.000 toneladas de este gas. En menor medida también se emiten otros gases como sulfuro de carbono, sulfuro de hidrógeno, responsable del olor a huevos podridos, dióxido y monóxido de carbono, hidrógeno, metano, halogenuros de hidrógeno e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), entre ellos benzopireno, un gas bioacumulable y mutagénico que también se encuentra en el humo del tabaco y que a la larga puede producir cáncer.

El principal problema de las elevadas emisiones de dióxido de azufre es que en presencia de humedad y en las condiciones adecuadas reacciona químicamente hasta transformarse en ácido sulfúrico. El dióxido de azufre primero se oxida a trióxido de azufre, y este reacciona con el agua formando ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico es un ácido fuerte, muy oxidante y deshidratante (causa quemaduras). Esta transformación química sucede con el agua de la atmósfera, siendo uno de los desencadenantes de la lluvia ácida. La lluvia ácida es corrosiva, capaz de disolver el carbonato de calcio, afectando a infraestructuras y edificaciones construidas con mármol y caliza. Otro de los efectos de la lluvia ácida es que acidifica las aguas y los suelos, dificultando el desarrollo de la vida tanto de plantas como de animales. Además, la lluvia ácida hace que algunos nutrientes esenciales (sales de calcio, hierro…) sean más solubles, lo que produce un empobrecimiento de las tierras y hace que las plantas se vuelvan más vulnerables a las plagas. Como consecuencia, los sulfatos y los nutrientes del suelo arrastrados por la lluvia ácida pueden alcanzar ríos, lagos y zonas costeras contribuyendo a su eutrofización.

La transformación química del dióxido de azufre en ácido sulfúrico también ocurre con este gas cuando entra en contacto con el agua de las mucosas, por eso produce irritación ocular y de las vías respiratorias. En toxicología se establecen unos valores de concentración límite de dióxido de azufre para la salud humana y para los ecosistemas que, según la OMS, no deberían superar el valor instantáneo (media de 10 minutos) de 500 microgramos por metro cúbico, ni el valor medio diario de 20 microgramos por metro cúbico.

El otro gas que se produce en gran cantidad como consecuencia de la actividad volcánica es el cloruro de hidrógeno, sobre todo cuando la lava entra en contacto con el mar. La colada de lava a unos 1000 oC produce un choque térmico con el mar, que se encuentra a unos 20 oC. Esto desencadena la formación de un penacho blanquecino (niebla de lava, lava haze o laze en inglés) compuesta principalmente por vapor de agua, cloruro de hidrógeno y partículas microscópicas de vidrios volcánicos.

Los procesos químicos que desencadenan la formación de ácido clorhídrico cuando la lava entra en contacto con el mar son muy complejos e implican numerosas especies químicas y reacciones intermedias. No obstante, de forma simplificada esto es lo que ocurre:

El agua de mar contiene sal, coluro de sodio (NaCl), y en menor medida cloruro de magnesio (MgCl2). Ambas sales compuestas por cloro y un metal, sodio o magnesio, se encuentran en disolución, por un lado los cloruros y por otro los metales en forma de iones. El calor de la lava produce la evaporación instantánea del agua, lo que provoca procesos hidrotermales (reacciones químicas con agua a alta temperatura) como la precipitación de hidróxidos y óxidos de sodio y magnesio que se incorporaran a la lava solidificada. Estos procesos se denominan metasomatismo de sodio y metasomatismo de magnesio respectivamente. (El metasomatismo es la participación de un fluido en la incorporación o extracción de componentes de una roca en estado sólido). Al mismo tiempo que ocurre esto, el cloro de las sales se combina con el hidrógeno liberado del agua, por lo que se forma una corriente de gas de cloruro de hidrógeno (HCl) que se combina con el chorro de vapor de agua. Cuando este gas se disuelve en agua se denomina ácido clorhídrico.

Además de ácido clorhídrico se forman otras especies químicas que en contacto con el agua atmosférica se vuelven ácidas, como el antes mencionado ácido sulfúrico, y en menor medida ácido fluorhídrico, bromhídrico y sulfhídrico. Todas ellas contribuyen a la generación de lluvia ácida.

El penacho de vapor ácido que se produce cuando la lava entra en contacto con el mar es peligroso por inhalación y contacto, pudiendo irritar gravemente los ojos, las vías respiratorias y la piel. No obstante, dependiendo del régimen de vientos el vapor ácido se irá diluyendo en la atmósfera, lo que atenúa su peligrosidad, por eso se delimita un perímetro de seguridad alrededor del vertido de la lava en el mar.

Los gases tóxicos y partículas peligrosas emitidas por el volcán se monitorizan para mantener a la población a salvo. La AEMET utiliza modelos de transporte químico como el MOCAGE para predecir los cambios en la composición química de la atmósfera. También el sistema de satélites Copérnico de la ESA sirve para vigilar la deriva de los gases emitidos, y el Instituto Volcanológico de Canarias INVOLCAN lleva un control constante de la evolución de la actividad volcánica y de los gases emitidos en La Palma. La ciencia es el consuelo de la incertidumbre.