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El CO2 permite que los volcanes formen en la superficie lagos de lava persistentes

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Volcán Erebus de la Antártida

El Monte Erebus, único volcán activo de la Antártida, tiene un lago de lava en su cumbre

La Antártida ha sido durante mucho tiempo una tierra de misterio y hazañas heroicas que se hicieron famosas gracias a las exploraciones de James Ross, Roald Amundsen, Robert Scott y Ernest Shackleton. Una pieza clave del rompecabezas para comprender la evolución continental global, la Antártida contiene ejemplos que definen el espectro de los procesos volcánicos de la Tierra.

Ahora, un estudio conjunto de la Universidad de Utah y la Universidad de Canterbury, Nueva Zelanda, muestra cómo el CO2 en las profundidades subterráneas ayuda al magma a evitar quedar atrapado en las profundidades de la Tierra y le permite alcanzar y acumularse en la superficie.

El estudio "amplía nuestra comprensión de las fuentes y el transporte de diversos tipos de magma y gases volátiles a la superficie", dice Phil Wannamaker, segundo autor del estudio y geofísico del Instituto de Energía y Geociencia de la Universidad de Utah.

"El monte Erebus es un ejemplo de un volcán de rift dominado por CO2, un complemento de los volcanes de arco más conocidos de la cuenca del Pacífico y otros lugares, dominados por H2O", agrega Graham Hill, co-investigador de Nueva Zelanda, autor principal del estudio.

"Es importante comprender los volcanes tanto de H2O como de CO2 para calcular el balance de estos gases volátiles en las profundidades de la tierra que implica la inyección de material en el manto de la Tierra y su regreso a la superficie para comenzar de nuevo", dice Wannamaker.

Esos otros volcanes

El Monte Erebus es el único volcán activo de la Antártida. Este y su volcán compañero inactivo, el Monte Terror, recibieron su nombre de los barcos exploradores de Sir James Ross, quien los descubrió junto con las Montañas Transantárticas en 1841. El Monte Erebus fue ascendido por primera vez por Sir Ernest Shackleton y su grupo en 1908.

El Erebus ejemplifica una familia de volcanes con una composición química alcalina, con lavas relativamente ricas en sodio, potasio y otros elementos, incluidos elementos de tierras raras, mientras que son relativamente pobres en sílice.

Los volcanes alcalinos son muy diferentes de los volcanes como los de la Cordillera de las Cascadas que se extienden desde el norte de California a través de la Columbia Británica hasta Alaska. Las Cascadas se encuentran en un lugar donde las placas tectónicas de la Tierra se empujan una hacia la otra, con la corteza del océano forzada debajo de la corteza del continente. A medida que la corteza oceánica se hunde en la Tierra y se derrite parcialmente, el agua de las rocas se convierte en parte del derretimiento y es la molécula "volátil" dominante que se disuelve fácilmente o sale burbujeante de una solución como la efervescencia de una bebida carbonatada.

Ese magma en evolución sube hacia la corteza y a través de ella, pero por lo general no llega a la superficie porque, a medida que la presión de la corteza suprayacente disminuye con el ascenso, el agua sale disparada, a veces de forma explosiva, como en el caso del Monte Santa Helena en 1980 o Monte Lassen en 1912. El magma restante se detiene y se congela en su lugar, generalmente a una profundidad de alrededor de tres millas (cinco kilómetros).

Pero el volcán Erebus en la isla Ross, en la Antártida, se encuentra en una zona de ruptura continental. La ruptura continental ocurre cuando se separan la corteza y el manto de la Tierra. El oeste de Utah es un ejemplo de una zona de ruptura. Se encuentra en el límite oriental de la provincia geológica de la Gran Cuenca que se está dividiendo activamente y se está estirando lentamente de este a oeste. Erebus se encuentra a lo largo del margen del Sistema de Grietas de la Antártida Occidental, se originó hace decenas de millones de años y continúa en la actualidad.

Los magmas en la zona de ruptura también tienen volátiles del reciclaje de la corteza oceánica y los sedimentos, pero estos son mucho más antiguos y se liberan a la superficie a través del proceso de ruptura. En lugar de agua, los volátiles de estos magmas están dominados por el CO2.

Erebus también tiene un lago de lava persistente, una característica clásica de un volcán de rift evolucionado y rico en CO2. Pero los lagos de lava, también ejemplificados por el volcán Nyiragongo en el este de África y otros, no se encuentran en volcanes de arco como las Cascadas y muestran que debe haber algo en los volcanes de rift que permite que el magma llegue a la superficie de manera relativamente pacífica.

escaneo magnetotelúrico del interior del Erebus

Imagen: Izquierda: visualización en 3D del escaneo magnetotelúrico del interior del Erebus (el rojo es el más conductor y rico en magma); Derecha: representación esquemática de procesos magmáticos. El flujo ascendente desde una zona valvular de la corteza profunda sufre un avance episódico de CO2 y magma arrastrado. El flujo ascendente espacialmente continuo de magma dominado por CO2 contrasta con las zonas de magma de profundidad limitada de los volcanes de arco de H2O. Crédito: Phil Wannamaker

Dibujando el magma dentro de la Tierra

No es práctico recolectar muestras de rocas de profundidades de más de unos pocos kilómetros debajo de la superficie, por lo que los investigadores confían en métodos geofísicos para inferir estructuras y procesos a mayores profundidades. Esto es similar a la tomografía computarizada del cuerpo humano. Las técnicas geofísicas más ampliamente aplicadas y conocidas son las sísmicas, en las que se utilizan ondas sonoras para obtener imágenes internas. Esto se aplica ampliamente, por ejemplo, en la exploración de petróleo y gas. Sin embargo, las fuentes sísmicas naturales que pueden llegar a las profundidades de la Tierra son escasas alrededor del volcán Erebus, y las imágenes que las utilizan solo se han derivado a profundidades poco profundas.

Hill, Wannamaker y sus colegas utilizaron un método llamado sondeo magnetotelúrico (imagen de arriba). El sonido magnetotelúrico utiliza ondas electromagnéticas naturales generadas por el sol y los rayos. La mayoría de estas ondas viajan por el aire, pero "una parte penetra en la Tierra, se dispersa de las estructuras rocosas de interés y regresa a la superficie, donde podemos medirlas" usando sofisticados "voltímetros", dice Wannamaker.

A medida que las ondas electromagnéticas atraviesan el interior de la Tierra, viajan más rápido o más lento dependiendo de la medida en que la roca y otros materiales conduzcan o resistan la electricidad. El magma es conductor, por lo que puede ser detectado por esta técnica.

cráter del Volcán Erebus

Imagen: Wannamaker y Hill finalizan un sitio MT cerca del borde del cráter Erebus, con las banderas del Programa Antártico de EE. UU. y el Fondo Marsden de la Royal Society de Nueva Zelanda. Crédito: Mark Deaker.

Esta no es la primera incursión geofísica en la Antártida para el grupo de Wannamaker. Ellos, junto con el alumno de Utah y coautor, el Dr. John Stodt, fueron pioneros en la técnica de mediciones magnetotelúricas de alta fidelidad en las capas de hielo polar. Además de los estudios en la Antártida centro-occidental y en el Polo Sur, Wannamaker dirigió una campaña de varias estaciones a través de las Montañas Transantárticas Centrales que mostró cómo se levantaron esas montañas. Su técnica está siendo utilizada ahora por otros investigadores en las regiones polares del Ártico y la Antártida.

De 2014 a 2017, Wannamaker y sus colegas realizaron mediciones en 129 sitios magnetotelúricos que cubren la isla Ross del Erebus. Los patrones de radiación electromagnética retrodispersada de todas las estaciones fueron ensamblados luego por un programa de ordenador para crear una imagen de la corteza terrestre y el manto superior a través de la isla y el volcán a una profundidad de aproximadamente 60 millas (100 kilómetros).

Sus datos magnetotelúricos muestran un empinado conducto de baja resistividad eléctrica que se origina en el manto superior, la fuente de magma. Pero el conducto da un pronunciado giro lateral en la corteza profunda antes de llegar al almacenamiento magmático menos profundo y al lago de lava de la cumbre. "Interpretamos el giro lateral para representar una 'válvula de falla' estructural que controla el flujo episódico de magma y gases de CO2, que reponen y calientan la cámara de evolución de magma de fonolita de alto nivel", dice Wannamaker. La fonolita es el tipo de roca formada por el magma del Erebus.

Esta válvula magmática probablemente se formó por la intersección de fallas norte-sur y este-oeste, ya que se sabe que existen fallas en la misma orientación este-oeste en el área alrededor de Erebus, y proporciona el camino del magma hacia la superficie.

A diferencia de los volcanes de arco ricos en H2O de Cascades y Pacific Rim, el Erebus dominado por CO2 muestra las estructuras que permiten que el magma se eleve directamente al lago de lava del volcán, ya que el magma no se estanca en la corteza como los magmas dominados por el agua.

"Comprender los controles de transporte y las vías para este tipo de volcán, dominado por CO2, nos revela las escalas y los volúmenes del transporte volátil en la Tierra", dice Wannamaker. "Estos volcanes en otros lugares son importantes anfitriones de depósitos minerales esenciales como las tierras raras, cada vez más importantes para las necesidades futuras de recursos de las sociedades".

El estudio ha sido publicado en Nature Communications: Trans-crustal structural control of CO2-rich extensional magmatic systems revealed at Mount Erebus Antarctica

Etiquetas: LagoMagmaCO2Volcán

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