¿Cuál es la vida útil de las islas volcánicas como Canarias, Hawái y Galápagos?

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Las Tintoreras, Galápagos

La tectónica de placas y las plumas del manto establecen la vida útil de las islas volcánicas

Cuando una columna de roca caliente se eleva a través del manto de la Tierra para perforar la corteza suprayacente, puede crear no solo una isla oceánica volcánica, sino también un oleaje en el fondo del océano de cientos a miles de kilómetros de largo.

Con el tiempo, la isla se deja llevar por la placa tectónica subyacente, y el penacho saca otra isla en su lugar. Durante millones de años, este punto de acceso geológico puede producir una cadena de islas, en las que la vida puede florecer temporalmente antes de que las islas se hundan, una por una, en el mar.

La Tierra está llena de docenas de puntos calientes, incluidos los que produjeron las cadenas de islas de Hawái y Galápagos. Si bien el proceso por el cual se forman las islas volcánicas es similar de cadena a cadena, el tiempo que una isla está por encima del nivel del mar puede variar ampliamente, desde unos pocos millones de años en el caso de Galápagos hasta más de 20 millones para las Islas Canarias.

La edad de una isla puede determinar la vida y los paisajes que evolucionan allí. Y, sin embargo, los mecanismos que establecen la vida útil de una isla son en gran parte desconocidos.

Ahora los científicos del MIT tienen una idea sobre los procesos que determinan la edad de una isla volcánica. En un artículo publicado hoy en Science Advances, informan un análisis de 14 cadenas de islas volcánicas principales en todo el mundo. Descubrieron que la edad de una isla está relacionada con dos principales factores geológicos: la velocidad de la placa subyacente y el tamaño del oleaje generado por la nube de puntos calientes.

Por ejemplo, si una isla se encuentra en una placa de rápido movimiento, es probable que tenga una corta vida útil, a menos que, como es el caso de Hawái, también haya sido creada por un pluma muy grande. La columna que dio origen a las islas hawaianas se encuentra entre las más grandes de la Tierra, y aunque la placa del Pacífico en la que se asienta Hawái es relativamente rápida en comparación con otras placas oceánicas, la placa tectónica tarda un tiempo considerable en deslizarse sobre el oleaje expansivo de la columna.

Los investigadores descubrieron que esta interacción entre la velocidad tectónica y el tamaño de la columna explica por qué las islas hawaianas persisten por encima del nivel del mar durante millones de años más que las más antiguas islas Galápagos, que también se asientan en placas que viajan a una velocidad similar pero sobre una columna mucho más pequeña. En comparación, las Islas Canarias, entre las cadenas de islas más antiguas del mundo, se asientan en la placa atlántica de movimiento lento y sobre una columna relativamente grande.

"Estas cadenas de islas son laboratorios dinámicos e insulares en los que los biólogos se han centrado durante mucho tiempo", dice la ex estudiante graduada del MIT Kimberly Huppert, autora principal del estudio. "Pero además de los estudios sobre cadenas individuales, no hay mucho trabajo que las relacione con los procesos de la Tierra sólida, kilómetros debajo de la superficie".

"Puedes imaginar que todos estos organismos viven en una especie de cinta de correr hecha de islas, como peldaños, y están evolucionando, divergiendo, migrando a nuevas islas, y las viejas islas se están ahogando", agrega Taylor Perron, jefe asociado de MIT's. Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias. "Lo que Kim ha demostrado es que hay un mecanismo geofísico que controla qué tan rápido se mueve esta cinta y cuánto tiempo pasan las cadenas de la isla antes de que al final caigan".

Huppert y Perron fueron coautores del estudio con Leigh Royden, profesora de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT.

Islas Canarias desde satélite

Un soplete hundido

El nuevo estudio es parte del trabajo de la tesis de Huppert en el MIT, en la que examinó principalmente la evolución de los paisajes en las cadenas de islas volcánicas, en particular las islas hawaianas. Al estudiar los procesos que contribuyen a la erosión de las islas, desenterró una controversia en la literatura sobre los procesos que causan que el fondo marino se hinche alrededor de las islas en puntos calientes.

"La idea era que si calientas parte del fondo de la placa, puedes hacer que suba muy rápido simplemente con levantamiento térmico, básicamente como un soplete debajo de la placa", dice Royden.

Si esta idea es correcta, entonces, de la misma manera, el enfriamiento de la placa calentada debería hacer que el fondo marino se hunda y las islas finalmente se hundan de nuevo en el océano. Pero al estudiar las edades de las islas sumergidas en las cadenas de puntos calientes de todo el mundo, Huppert descubrió que las islas se hunden a un ritmo más rápido que cualquier mecanismo de enfriamiento natural.

"Así que la mayor parte de este levantamiento y hundimiento no pudo haber sido por calentamiento y enfriamiento", dice Royden. "Tenía que ser otra cosa".

La observación de Huppert inspiró al grupo a comparar las principales cadenas de islas volcánicas con la esperanza de identificar los mecanismos de elevación y hundimiento de las islas, que probablemente sean los mismos procesos que establecen la vida útil de una isla, o su tiempo sobre el nivel del mar.

Evolución, en una cinta de correr

En su análisis, los investigadores observaron 14 cadenas de islas volcánicas en todo el mundo, incluidas las islas de Hawai, Galápagos y Canarias. Para cada cadena de islas, anotaron la dirección en que se movía la placa tectónica subyacente y midieron la velocidad promedio de la placa en relación con el punto caliente. Luego midieron, en la dirección de cada cadena de islas, la distancia entre el comienzo y el final del oleaje, o la elevación de la corteza, creada por la pluma subyacente. Para cada cadena de islas, dividieron la distancia del oleaje por la velocidad de la placa para llegar a un número que representa el tiempo promedio que una isla volcánica debería pasar encima del oleaje de la pluma, lo que debería determinar cuánto tiempo permanece una isla sobre el nivel del mar antes de hundirse en el océano.

mecanismo de elevación del oleaje del manto

imagen: Mecanismos hipotéticos de elevación del oleaje. (A) Adelgazamiento litosférico o rejuvenecimiento térmico de la litosfera. La línea blanca punteada muestra el grosor litosférico inicial antes del adelgazamiento. (B) Elevación dinámica. Las líneas grises discontinuas muestran la profundidad del fondo marino en ausencia de carga superficial e isostasia de flexión asociada. Los componentes de la figura no están a escala.

Cuando los investigadores compararon sus cálculos con las edades reales de cada isla en cada una de las 14 cadenas, incluidas las islas que se habían hundido desde hace mucho tiempo por debajo del nivel del mar, encontraron una fuerte correlación entre el tiempo que pasaron encima del oleaje y la cantidad de tiempo típica que las islas permanecen sobre el nivel del mar. La vida útil de una isla volcánica, concluyeron, depende de una combinación de la velocidad de la placa subyacente y el tamaño de la pluma, o el oleaje que crea.

Huppert dice que los procesos que establecen la edad de una isla pueden ayudar a los científicos a comprender mejor la biodiversidad y cómo la vida se ve diferente de una cadena de islas a otra.

"Si una isla pasa mucho tiempo sobre el nivel del mar, eso proporciona mucho tiempo para que se desarrolle la especiación", dice Huppert. "Pero si tienes una cadena de islas donde tienes islas que se hunden a un ritmo más rápido, entonces afectará la capacidad de la fauna para irradiar a las islas vecinas, y cómo están pobladas estas islas".

Los investigadores afirman que, en cierto sentido, tenemos la interacción de la velocidad tectónica y el tamaño de la pluma para agradecer nuestra comprensión moderna de la evolución.

"Estás viendo un proceso en la Tierra sólida que está contribuyendo al hecho de que Galápagos es una cinta de correr que se mueve muy rápido, con islas que se alejan muy rápido, sin mucho tiempo para erosionarse, y este fue el sistema que condujo a las personas que descubren la evolución", señala Royden. "Entonces, en cierto sentido, este proceso preparó realmente el escenario para que los humanos descubran de qué se trata la evolución, al hacerlo en este microcosmos. Si no hubiera habido este proceso, y Galápagos no hubiera estado en ese corto tiempo de residencia, quién sabe cuánto tiempo le habría tomado a la gente resolverlo".

Artículo científico: Hotspot swells and the lifespan of volcanic ocean islands

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