Un volcà al laboratori: la cera com a alternativa al bicarbonat

Quasi totes i tots hem vist reproduir un volcà en una aula o laboratori. Quan es fa amb vinagre i bicarbonat de sodi el que es produeix és espectacular: un líquid que sembla que s’expandeixi per culpa del diòxid de carboni producte de la reacció. Tot i la patxoca del resultat, el model té greus problemes científics si el que es busca és fer l’analogia d’un volcà.

Una erupció volcànica es produeix quan el magma arriba a la superfície de la Terra. Només aquells magmes de composició àcida (i, per tant, amb volàtils en dissolució) o que a prop de la superfície incorporin aigua (perquè es travessen un aqüífer o es troben una glacera) causen erupcions explosives. El principi és semblant al que es dona quan s’obre el tap d’una ampolla de refresc amb gas: la pressió baixa i les substàncies passen ràpidament a gas que causa les explosions. És a dir, el diòxid de carboni emès per un volcà ja formava part del magma, no és producte de cap reacció química, com el que es produeix amb el bicarbonat de sodi.

Una molt bona alternativa per a crear un volcà amb menys errors científics seria usant cera. La cera és un material que es fon a temperatures que podem controlar a l’aula i que ens permet fer l’analogia amb una roca, que quan s’escalfa prou, es fon. Posar aquesta cera en profunditat és fàcil amb una mica de sorra i aigua.

Per fer aquest experiment només cal ratllar cera i posar-la en un vas de precipitats, posar sorra damunt i finalment afegir aigua fins a una alçada de dos dits per damunt de la sorra. Quan es té això, es col·loca sobre una placa calenta i s’espera. La cera fosa ascendirà fins a la superfície. I ja tindrem el volcà! Posar aigua és important perquè sense aquesta, la cera es fon i ascendeix a través dels pors de la sorra i s’hi acaba barrejant, impregnant-los, però no troba un camí clar per ascendir. L’aigua en canviar d’estat fa bombolles que en ascendir li obren camí a la cera.

La subsidència i el col·lapse per dissolució

Moltes vegades no som conscients del que tenim sota els peus. Les roques són molt importants perquè són un recurs natural i perquè a través d’algunes d’elles hi circula aigua subterrània, que és una part molt important de l’aigua total del cicle de l’aigua. A vegades, l’aigua dissol les roques per on circula i, justament, hi pot circular perquè són solubles. És un peix que es mossega la cua que pot tenir conseqüències molt rellevants en el relleu de la superfície.

Quan el material eliminat per dissolució és prou gran, les roques suprajacents perden sosteniment i inicien un moviment lent cap a l’interior que es diu subsidència. La subsidència s’evidencia en el paisatge perquè es forma una depressió. Si hi haguessin construccions afectades per la subsidència, s’hi podrien començar a desenvolupar esquerdes. A vegades, la subsidència pot evolucionar a un col·lapse que és un moviment de massa ràpid en caiguda lliure on les roques ocupen l’espai buit deixat per l’acció de l’aigua.

Aquests fenòmens són perillosos si afecten les persones i suposen un risc molt important per aquestes. En l’experiment que es mostra el model analògic d’aquest procés. Es necessita una caixa amb uns forats d’uns 2 mm de diàmetre en una de les seves arestes inferiors, sal de cuina, sorra o grava, aigua i uns elements que simulin cases. L’elecció de la granulometria de la sorra és molt crític, ja que ha de ser més gran que la mida dels forats de la caixa. Si això no és així, la sorra s’escolarà pels forats i no podrem fer l’experiment. En la pràctica consultada per fer aquest experiment, es proposa usar dues granulometries diferents, però a vegades no tenim tants recursos i així podrem recuperar part del material, cosa que no podríem de l’altra manera.

El procediment consisteix posar un gruix de sal d’uns 2 cm en una zona petita de la caixa. La resta de la caixa s’ha d’omplir de sorra, incloent-hi cobrir de sorra la part on hi ha la sal. Perquè sigui fàcil afegir l’aigua es pot deixar sense sorra una zona i així evitar els possibles erosius mentre s’aboca l’aigua. Es col·loca la caixa en un lloc on es pugui mantenir lleugerament inclinada. Finalment, es posicionen unes quantes cases al llarg de la superfície de la sorra. Una vegada preparada la caixa, es va abocant aigua a poc a poc. Cal tenir previst un lloc adient on vagi caient l’aigua que surt pels forats.

A mesura que l’aigua circula, dissoldrà la sal i es podrà observar com en la superfície de la sorra es va formant una depressió i la caseta que s’hi troba damunt es va enfonsant. S’està produint una subsidència a conseqüència d’una dissolució subterrània. Fins i tot, i depenent de la granulometria de la sorra i de la sort, es pot observar un col·lapse.

L’experiment que es mostra en aquesta entrada es troba explicat en un article del projecte Earth Learning Idea (Dolines, enllaç a l’experiment complet). En aquest cas, l’alumnat de ciències de la Terra de l’institut Manuel de Cabanyes va participar activament en la realització de l’experiment. El vídeo és el producte de la gravació a l’aula de l’experiment.