XIII Geocarnaval – ¿Cómo funcionan los volcanes?

Esta entrada participa en el XIIII GeoCarnaval, alojado en esta ocasión en la página “La Roca Filosofal” (@rocafilosofal ). Allí encontrarán un resumen de todas las entradas participantes en esta edición del carnaval. Espero que los temas sean de su agrado.

Los volcanes tienen un ciclo de vida. Por lo general, se conciben fundiéndose en el manto y, por lo tanto, sus ubicaciones están controladas por la tectónica de placas y la convección del manto. El fundido de silicato puede ascender directamente a la superficie o acumularse en la corteza, donde sus volúmenes y composiciones cambian a medida que interactúan con su entorno. El magma puede tener una historia compleja bajo tierra. La erupción de magma crea volcanes y afecta a otros ambientes superficiales como la hidrosfera y la atmósfera. Las interacciones entre la fusión, el almacenamiento, la acumulación, la erupción y el entorno geológico dan lugar a la gran diversidad que se observa en las erupciones y los accidentes geográficos volcánicos.

Cada volcán tiene su propio ciclo de vida distinto, a menudo con múltiples episodios de reposo, inquietud y erupción. Sin embargo, la evolución y la erupción de todos los volcanes aún se rigen por el mismo conjunto de procesos intrínsecos al magma e influenciados por el entorno geológico. Por lo tanto, un desafío central para comprender cómo se genera, almacena, asciende y hace erupción el magma es desenredar las características únicas del nacimiento, la vida y la muerte de cada volcán de los procesos comunes que rigen sus ciclos de vida.

¿Cómo y dónde nace el magma?

El magma se genera al derretir rocas. La fusión puede ser inducida por tres mecanismos: calentamiento, disminución de la presión o adición de un contaminante (Por ejemplo, agua) para reducir la temperatura de fusión. La pérdida de calor del interior de la Tierra impulsa la convección del manto a velocidades de centímetros por año, creando placas tectónicas en la superficie y reciclando esas placas en la profundidad de la Tierra. La fusión de las rocas para producir magma se rige por la dinámica a gran escala producida por esas placas y la convección del manto, lo que lleva a una correlación global de la ubicación de los volcanes y los límites de las placas (Ver la siguiente imagen). El magma estalló en la superficie, por lo que proporcionan una ventana a la dinámica y la evolución del interior de la Tierra.

En las cordilleras oceánicas, el manto que se eleva debajo de las placas de separación se derrite por descompresión para producir magma basáltico y la corteza oceánica. También puede ocurrir algo de vulcanismo donde las grietas de la corteza continental y el manto surge y se derrite, como en el oeste de los Estados Unidos y el este de África. El manto convectivo también puede producir magma basáltico por descompresión y crear columnas ascendentes de manto caliente lejos de los límites de las placas. Estas columnas, que pueden aprovechar el manto más caliente de lo normal, son responsables de muchos de los volcanes de las islas oceánicas, como las islas hawaianas.

El otro mecanismo principal para producir magma está relacionado con la subducción de placas tectónicas. Durante este proceso, los fluidos liberados de la placa descendente sirven como agentes contaminantes que reducen la temperatura de fusión de las rocas del manto, generando magma rico en agua. Aunque la descompresión que se derrite en los límites de las placas divergentes produce la mayoría del magma que entran en erupción en la Tierra actualmente (Más del 75 por ciento), la mayoría de los volcanes ubicados en los continentes son el resultado de la fusión producida por subducción. Por ejemplo, la mayoría de los volcanes a lo largo del margen occidental de América del Norte y América del Sur, así como los volcanes de las Islas Aleutianas en Alaska y alrededor del Pacífico (El conocido «Anillo de Fuego») se producen a través de este proceso. Las zonas de subducción generan la mayor parte del volcanismo explosivo que ha ocurrido en los últimos 100,000 años.

Una vez que se produce magma en el manto, su flotabilidad en relación con su entorno impulsa su ascenso hacia la superficie. En última instancia, el destino del magma (En erupción o estancamiento en la corteza) y la velocidad de ascenso está fuertemente influenciado por el presupuesto volátil del mismo, su temperatura y su velocidad de suministro, que se establecieron originalmente durante el proceso de fusión. Por ejemplo, la adición de volátiles durante la fusión en las zonas de subducción conduce a magma que tiene propiedades físicas diferentes a las de sus primos más secos, lo que finalmente influye en su estilo eruptivo y vigor.

¿Cómo se almacena y transporte el magma en la corteza?

El camino que toma el magma hacia la superficie es poco conocido. El magma es flotante y se eleva a través de la corteza, a veces en erupción en la superficie. En puntos calientes como Islandia, Hawai y algunos volcanes en el oeste de los Estados Unidos, el magma puede ascender directamente desde el manto hasta la superficie. Pero la mayor parte del tiempo, el magma se detiene y forma depósitos que luego estallan o se congelan (Ver la siguiente imagen). El magma se enfría porque la corteza es más fría que el magma, y el magma se descomprime a medida que sube. El enfriamiento conduce a la cristalización y al aumento de la viscosidad. La descompresión puede conducir a una mayor flotabilidad debido a la formación de burbujas a partir del gas originalmente disuelto en la masa fundida. Una pérdida de volátiles también aumenta la viscosidad del fundido. El almacenamiento y el ascenso están influenciados por las propiedades mecánicas y el comportamiento de la corteza, incluida su capacidad para deformarse, fluir o fracturarse. Estas propiedades evolucionan a lo largo del ciclo de vida del volcán. Los factores competidores que obligan al magma a elevarse y también a resistir el movimiento son en parte lo que hace que el movimiento y la erupción del magma sean tan difíciles de pronosticar (Melnik y Sparks, 2006). ¿Se detendrá el magma debido al aumento de la viscosidad? ¿O la expansión del magma rico en burbujas se acelerará a la superficie en una erupción explosiva? Los procesos que mueven y almacenan magma son, por lo tanto, fundamentales no solo para la transferencia de masa desde el interior al exterior de la Tierra a lo largo de su historia, sino también para el estilo, la intensidad, la magnitud y la duración de las erupciones volcánicas (Acocella, 2014).

La mayoría de los volcanes no están continuamente activos, pero pasan gran parte de su vida en reposo, a veces durante miles de años antes de volver a entrar en erupción. Antes de una erupción, el movimiento de magma y fluidos puede causar terremotos debajo del volcán, emisión de gases a la atmósfera o acuíferos, y elevación de la superficie del suelo. Sin embargo, es importante destacar que estos signos de malestar volcánico no siempre presagian una erupción. Incluso en reposo, los volcanes son formas terrestres estables, propensas a la erosión rápida y el colapso, creando peligros incluso en ausencia de erupción. Por lo tanto, el ciclo de vida de los volcanes implica períodos alternos de reposo y disturbios puntuados por la erupción. Todavía no sabemos qué signos de malestar señalan el magma versus el movimiento del gas. ¿Cuáles son los precursores de la erupción? ¿Cuál es la actividad de fondo normal de los volcanes durante su ciclo de vida?

Referencias

Controls on conduit magma flow dynamics during lava dome building eruptions.

Melnik, O., and R.S.J. Sparks. 2006.

Great challenges in volcanology: How does the volcano factory work?

Acocella, V. 2014.

The genesis of intermediate and silicic magmas in deep crustal hot zones.

Annen, C., J.D. Blundy, and R.S.J. Sparks. 2006.