Volátiles para niños
En el estudio de los planetas, los volátiles son un grupo de elementos y compuestos que tienen puntos de ebullición bajos. Estos se encuentran en la corteza o la atmósfera de un planeta o de una luna. Algunos ejemplos son el nitrógeno, el agua, el dióxido de carbono, el amoníaco, el hidrógeno, el metano y el dióxido de azufre. En la astrogeología, estos compuestos, cuando están en estado sólido, forman una gran parte de las superficies de las lunas y los planetas enanos.
A diferencia de los volátiles, los elementos y compuestos con puntos de ebullición altos se llaman sustancias refractarias.
Los científicos que estudian los planetas a menudo clasifican los volátiles con puntos de fusión muy bajos, como el hidrógeno y el helio, como gases (por ejemplo, en los gigantes gaseosos). Los volátiles con puntos de fusión superiores a unos 100 K (–173 °C) se conocen como hielos. Las palabras "gas" y "hielo" en este contexto pueden referirse a compuestos que pueden ser sólidos, líquidos o gases. Por eso, Júpiter y Saturno son gigantes gaseosos, mientras que Urano y Neptuno son gigantes helados. Esto es así aunque la mayor parte del "gas" y el "hielo" en su interior es un fluido caliente y muy denso que se vuelve más denso hacia el centro del planeta.
La Luna tiene muy pocos volátiles. Su superficie contiene oxígeno unido químicamente a las rocas (como en los silicatos), pero casi nada de hidrógeno, nitrógeno o carbono.
Contenido
Volátiles en la Tierra: Magma y Volcanes
En el estudio de las rocas ígneas, el término "volátiles" se refiere a los componentes que se evaporan del magma. Estos son principalmente vapor de agua y dióxido de carbono. Estos volátiles influyen en cómo se ven y qué tan explosivos son los volcanes.
¿Cómo afectan los volátiles a las erupciones volcánicas?
Cuando el magma tiene muchos volátiles y es muy espeso (como el magma con mucho sílice, llamado félsico), las erupciones suelen ser explosivas. Si el magma tiene pocos volátiles y es más líquido (como el magma con menos sílice, llamado máfico), los gases pueden escapar más fácilmente, lo que puede causar fuentes de lava en lugar de explosiones.
Algunas erupciones volcánicas son explosivas porque la mezcla de agua y magma que llega a la superficie libera energía de repente. Además, en otros casos, la erupción es causada por los volátiles que están disueltos en el magma. A medida que el magma sube a la superficie, la presión disminuye. Esto hace que los volátiles formen burbujas que se mueven dentro del líquido. Estas burbujas pueden conectarse y formar una red, lo que hace que el magma se rompa en pequeñas gotas o rocío.
Generalmente, el 95-99% del magma es roca líquida. Sin embargo, el pequeño porcentaje de gas presente ocupa un volumen muy grande cuando se expande al llegar a la presión atmosférica. El gas es muy importante en un volcán porque es lo que causa las erupciones explosivas. El magma en el manto y la corteza inferior contiene muchos volátiles. El agua y el dióxido de carbono no son los únicos volátiles que liberan los volcanes. También liberan sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre. El dióxido de azufre se encuentra a menudo en rocas como el basalto y la riolita. Los volcanes también liberan mucho cloruro de hidrógeno y fluoruro de hidrógeno como volátiles.
¿Qué tan bien se disuelven los volátiles en el magma?
Hay tres factores principales que afectan cómo se dispersan los volátiles en el magma: la presión que lo rodea, la composición del magma y la temperatura del magma. La presión y la composición son los más importantes. Para entender cómo se comporta el magma al subir a la superficie, es clave saber qué tan bien se disuelven los volátiles en él, lo que se llama solubilidad.
Se han usado fórmulas para diferentes combinaciones de magma y volátiles. Por ejemplo, para el agua en el magma, una ecuación simple es: 
Donde:
- n es la cantidad de gas disuelto (en porcentaje de peso).
- P es la presión en megapascales (MPa) que actúa sobre el magma.
El valor de n puede cambiar. Por ejemplo:
para el agua en riolita.
para el dióxido de carbono.
Estas ecuaciones simples funcionan si solo hay un volátil en el magma. Pero en la realidad, la situación es más compleja porque a menudo hay varios volátiles interactuando químicamente.
En términos sencillos, la solubilidad del agua en la riolita y el basalto depende de la presión y la profundidad bajo la superficie, si no hay otros volátiles. Tanto el basalto como la riolita pierden agua a medida que la presión disminuye y el magma sube. El agua se disuelve mejor en la riolita que en el magma basáltico. Saber la solubilidad nos permite determinar la cantidad máxima de agua que puede disolverse a cierta presión.
Si el magma tiene menos agua de la cantidad máxima posible, se dice que está insuficientemente saturado de agua. Generalmente, en las profundidades de la corteza y el manto, el agua y el dióxido de carbono son insuficientes, por lo que el magma suele estar saturado en esas condiciones. El magma se satura cuando alcanza la cantidad máxima de agua que puede disolver. Si el magma sigue subiendo y se disuelve más agua, se vuelve sobresaturado. Si se disuelve más agua en el magma, puede ser expulsada en forma de burbujas o vapor. Esto ocurre porque la presión disminuye y el proceso debe equilibrarse con la menor solubilidad.
Comparando con el dióxido de carbono, su solubilidad en el magma es mucho menor que la del agua y tiende a disolverse a mayor profundidad. En este caso, el agua y el dióxido de carbono se consideran independientes. Lo que afecta el comportamiento del magma es la profundidad a la que se liberan el dióxido de carbono y el agua. La baja solubilidad del dióxido de carbono significa que empieza a formar burbujas antes de llegar a la cámara de magma. En este punto, el magma ya está sobresaturado. El magma con burbujas de dióxido de carbono sube hasta el techo de la cámara, y el dióxido de carbono tiende a escapar por las grietas hacia la caldera de arriba. Durante una erupción, el magma pierde más dióxido de carbono que agua, que en la cámara ya está sobresaturada. En general, el agua es el principal volátil durante una erupción.
¿Cómo se forman las burbujas en el magma?
La formación de burbujas, o nucleación, ocurre cuando un volátil se satura. Las burbujas se forman cuando las moléculas se agrupan espontáneamente en un proceso llamado nucleación homogénea. La tensión superficial actúa sobre las burbujas, intentando reducir su superficie y hacer que regresen al líquido. El proceso de nucleación es más fácil cuando el espacio es irregular, lo que ayuda a las moléculas volátiles a superar la tensión superficial.
La nucleación puede ocurrir gracias a la presencia de cristales sólidos en la cámara de magma. Estos cristales son lugares perfectos para que se formen burbujas. Si no hay nucleación en el magma, las burbujas pueden aparecer muy tarde, y el magma se vuelve muy sobresaturado. El equilibrio entre la presión de sobresaturación y el tamaño de la burbuja se expresa con esta ecuación: 
Donde:
es 100 MPa.
es la tensión superficial.
Si la nucleación comienza más tarde, cuando el magma está muy sobresaturado, las burbujas estarán más cerca unas de otras. Si el magma sube rápidamente a la superficie, el sistema estará más desequilibrado y sobresaturado. Cuando el magma asciende, hay una competencia entre añadir nuevas moléculas a las burbujas existentes y crear burbujas nuevas. La distancia entre las moléculas indica qué tan eficientemente los volátiles se agrupan en sitios nuevos o existentes. Los cristales dentro del magma pueden influir en cómo crecen y se forman las burbujas.
Galería de imágenes
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Este recorte ilustra un modelo del interior de Júpiter, con un núcleo rocoso cubierto por una capa profunda de hidrógeno metálico.
Véase también
En inglés: Volatile (astrogeology) Facts for Kids
