El hotspot de Hawai'i es un hotspot volcánico ubicado cerca de las islas del mismo nombre de Hawai , en el norte del Océano Pacífico . [1] [2] El penacho de Hawai es uno de los puntos calientes más conocidos y estudiados del mundo, y es responsable de la creación de la cadena montañosa submarina Hawaiian-Emperor , una cadena montañosa volcánica de 6.200 kilómetros (3.900 millas) en su mayoría submarina. Cuatro de estos volcanes están activos , dos están inactivos ; más de 123 están extintos , la mayoría ahora conservados como atolones o montes submarinos . La cadena se extiende desde el sur de la isla deHawai'i hasta el borde de la Fosa de las Aleutianas , cerca de la costa este de Rusia .
País | Estados Unidos |
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Expresar | Hawai |
Región | océano Pacífico Norte |
Coordenadas | 18 ° 55'N 155 ° 16'W / 18,92 ° N 155,27 ° W -Monte submarino Loihi, el punto de acceso real se encuentra a unos 40 km (25 millas) al suresteCoordenadas : 18 ° 55'N 155 ° 16'W / 18,92 ° N 155,27 ° W |
Si bien la mayoría de los volcanes son creados por la actividad geológica en los límites de las placas tectónicas , el punto de acceso de Hawái se encuentra lejos de los límites de las placas. La teoría clásica del hotspot, propuesta por primera vez en 1963 por John Tuzo Wilson , propone que una sola pluma de manto fijo forma volcanes que luego, separados de su fuente por el movimiento de la placa del Pacífico , se vuelven cada vez más inactivos y eventualmente se erosionan por debajo del nivel del mar sobre el nivel del mar. Millones de años. Según esta teoría, la curva de casi 60 ° donde se encuentran los segmentos emperador y hawaiano de la cadena fue causada por un cambio repentino en el movimiento de la placa del Pacífico. En 2003, nuevas investigaciones de esta irregularidad llevaron a la propuesta de una teoría del hotspot móvil, sugiriendo que los hotspots son móviles, no fijos, y que la curva de 47 millones de años fue causada por un cambio en el movimiento del hotspot en lugar de por el hotspot. platos.
Los antiguos hawaianos fueron los primeros en reconocer el aumento de la edad y el estado degradado de los volcanes del norte a medida que avanzaban en sus expediciones de pesca a lo largo de las islas. El estado volátil de los volcanes hawaianos y su constante batalla con el mar fue un elemento importante en la mitología hawaiana , encarnado en Pele , la deidad de los volcanes. Después de la llegada de los europeos a la isla, en 1880–1881 James Dwight Dana dirigió el primer estudio geológico formal de las erupciones volcánicas del hotspot, confirmando la relación observada durante mucho tiempo por los nativos. El Observatorio de Volcanes de Hawai fue fundado en 1912 por el vulcanólogo Thomas Jaggar , iniciando la observación científica continua de las islas. En la década de 1970, se inició un proyecto de mapeo para obtener más información sobre la compleja geología del lecho marino de Hawái.
Desde entonces, se han tomado imágenes tomográficas del punto de acceso , que muestran que tiene de 500 a 600 km (310 a 370 millas) de ancho y hasta 2,000 km (1,200 millas) de profundidad, y estudios basados en olivino y granate han demostrado que su cámara de magma es de aproximadamente 1,500 °. C (2730 ° F). En sus al menos 85 millones de años de actividad, el hotspot ha producido aproximadamente 750.000 km 3 (180.000 millas cúbicas) de roca. La tasa de deriva de la cadena ha aumentado lentamente con el tiempo, lo que ha provocado que la cantidad de tiempo que cada volcán está activo disminuya, de 18 millones de años para el monte submarino de Detroit de 76 millones de años , a poco menos de 900.000 para el millón de años de edad, Kohala ; por otro lado, el volumen eruptivo ha aumentado de 0,01 km 3 (0,002 millas cúbicas) por año a aproximadamente 0,21 km 3 (0,050 millas cúbicas). En general, esto ha provocado una tendencia hacia volcanes más activos, pero que se silencian rápidamente y están más cerca, mientras que los volcanes en el lado cercano del hotspot se superponen entre sí (formando superestructuras como la isla de Hawai'i y la antigua Maui Nui ), el más antiguo del Emperador. los montes submarinos están espaciados hasta 200 km (120 millas) de distancia.
Teorías
Las placas tectónicas generalmente enfocan la deformación y el vulcanismo en los límites de las placas . Sin embargo, el hotspot de Hawái está a más de 3.200 kilómetros (1.988 millas) del límite de placa más cercano; [1] mientras lo estudiaba en 1963, el geofísico canadiense J. Tuzo Wilson propuso la teoría del hotspot para explicar estas zonas de vulcanismo tan lejos de las condiciones regulares, [3] una teoría que desde entonces ha tenido una amplia aceptación. [4]
La teoría del hotspot estacionario de Wilson
Wilson propuso que la convección del manto produce pequeños afloramientos calientes y flotantes bajo la superficie de la Tierra; estas plumas del manto térmicamente activas suministran magma que, a su vez, mantiene una actividad volcánica duradera. Este vulcanismo de "placa media" forma picos que se elevan desde un fondo marino relativamente sin rasgos distintivos, inicialmente como montes submarinos y luego como islas volcánicas en toda regla . La placa tectónica local (en el caso del hotspot de Hawái, la placa del Pacífico ) se desliza lentamente sobre el hotspot, llevando consigo sus volcanes sin afectar la columna. Durante cientos de miles de años, el suministro de magma para el volcán se corta lentamente y finalmente se extingue. Ya no está lo suficientemente activo como para dominar la erosión, el volcán se hunde lentamente bajo las olas, convirtiéndose nuevamente en un monte submarino. A medida que el ciclo continúa, se manifiesta un nuevo centro volcánico y surge una nueva isla volcánica. El proceso continúa hasta que la propia pluma del manto colapsa. [1]
Este ciclo de crecimiento e inactividad une a los volcanes durante millones de años, dejando un rastro de islas volcánicas y montes submarinos a través del fondo del océano. De acuerdo con la teoría de Wilson, los volcanes hawaianos deberían ser progresivamente más viejos y cada vez más erosionados cuanto más se alejan del hotspot, y esto es fácilmente observable; La roca más antigua de las principales islas hawaianas, la de Kaua'i , tiene unos 5,5 millones de años y está profundamente erosionada, mientras que la roca de la isla de Hawai'i tiene 0,7 millones de años o menos, relativamente joven, con nueva lava en constante erupción en Kilauea , el actual centro de hotspot. [1] [5] Otra consecuencia de su teoría es que la longitud y la orientación de la cadena sirven para registrar la dirección y velocidad del movimiento de la Placa del Pacífico . Una característica importante del sendero hawaiano es una curva repentina de 60 ° en una sección de 40 a 50 millones de años de su longitud, y según la teoría de Wilson, esto es evidencia de un cambio importante en la dirección de la placa, uno que han iniciado la subducción a lo largo de gran parte del límite occidental de la Placa del Pacífico. [6] Esta parte de la teoría ha sido cuestionada recientemente, y la curvatura podría atribuirse al movimiento del propio hotspot. [7]
Los geofísicos creen que los puntos calientes se originan en uno de los dos límites principales en las profundidades de la Tierra, ya sea una interfaz poco profunda en el manto inferior entre una capa convectiva del manto superior y una capa no convectiva inferior, o una D más profunda '' ("D doble prima "), de aproximadamente 200 kilómetros (120 millas) de espesor e inmediatamente por encima del límite entre el núcleo y el manto . [8] Una pluma del manto se iniciaría en la interfaz cuando la capa inferior más cálida calienta una parte de la capa superior más fría. Esta porción calentada, flotante y menos viscosa de la capa superior se volvería menos densa debido a la expansión térmica y se elevaría hacia la superficie como una inestabilidad de Rayleigh-Taylor . [8] Cuando la pluma del manto alcanza la base de la litosfera , la pluma la calienta y produce fusión. Este magma luego se abre camino hacia la superficie, donde entra en erupción como lava . [9]
Los argumentos a favor de la validez de la teoría del hotspot generalmente se centran en la progresión constante de la edad de las islas hawaianas y características cercanas: [10] una curva similar en el rastro del hotspot Macdonald , la cadena de montañas submarinas Austral-Marshall Islands, ubicada justo al sur; [11] otros puntos calientes del Pacífico que siguen la misma tendencia progresiva desde el sureste hasta el noroeste en posiciones relativas fijas; [12] [13] y estudios sismológicos de Hawái que muestran un aumento de las temperaturas en el límite entre el núcleo y el manto, lo que evidencia una pluma en el manto. [14]
Hipótesis del hotspot superficial
Otra hipótesis es que las anomalías de fusión se forman como resultado de la extensión de la litosfera, lo que permite que la fusión preexistente suba a la superficie. Estas anomalías de fusión se denominan normalmente "puntos calientes", pero bajo la hipótesis de fuentes someras, el manto subyacente a ellas no es anormalmente caliente. En el caso de la cadena de montes submarinos Emperor-Hawai, el sistema de límites de la placa del Pacífico era muy diferente en ~ 80 Ma, cuando comenzó a formarse la cadena de montes submarinos Emperor. Existe evidencia de que la cadena comenzó en una cresta en expansión (la cordillera Pacífico-Kula ) que ahora ha sido subducida en la trinchera de las Aleutianas. [15] El lugar de extracción de la masa fundida puede haber migrado desde la cresta hacia el interior de la placa, dejando un rastro de vulcanismo detrás. Esta migración puede haber ocurrido porque esta parte de la placa se extendía para adaptarse a la tensión intraplaca. Por lo tanto, se podría haber sostenido una región de larga duración de escape de fusión. Los partidarios de esta hipótesis argumentan que las anomalías de la velocidad de onda observadas en los estudios tomográficos sísmicos no pueden interpretarse de manera confiable como afloramientos calientes que se originan en el manto inferior. [16] [17]
Teoría del hotspot móvil
El elemento más desafiado de la teoría de Wilson es si los puntos calientes están realmente fijos en relación con las placas tectónicas suprayacentes. Muestras de perforación , son recogidos por los científicos que se remontan a 1963, sugieren que el punto de acceso puede haber desplazado en el tiempo, en el relativamente rápido ritmo de unos 4 centímetros (1,6 pulgadas) por año durante el final del Cretácico y principios del Paleógeno épocas (81-47 Mya ); [18] en comparación, la Cordillera del Atlántico Medio se extiende a una tasa de 2,5 cm (1,0 pulgadas) por año. [1] En 1987, un estudio publicado por Peter Molnar y Joann Stock encontró que el hotspot se mueve en relación con el Océano Atlántico; sin embargo, interpretaron esto como el resultado de los movimientos relativos de las placas de América del Norte y el Pacífico en lugar de los del hotspot en sí. [19]
En 2001, el Programa de Perforación Oceánica (desde que se fusionó con el Programa Integrado de Perforación Oceánica ), un esfuerzo de investigación internacional para estudiar los fondos marinos del mundo, financió una expedición de dos meses a bordo del buque de investigación JOIDES Resolution para recolectar muestras de lava de cuatro montes submarinos Emperador sumergidos. El proyecto perforó los montes submarinos de Detroit , Nintoku y Koko , todos los cuales se encuentran en el extremo noroeste de la cadena, la sección más antigua. [20] [21] Estas muestras de lava fueron probadas en 2003, lo que sugiere un punto de acceso móvil hawaiano y un cambio en su movimiento como la causa de la curva. [7] [22] El científico principal John Tarduno le dijo a National Geographic :
La curva de Hawaii se utilizó como un ejemplo clásico de cómo un plato grande puede cambiar de movimiento rápidamente. Puede encontrar un diagrama de la curva del Emperador de Hawái ingresado en casi todos los libros de texto de introducción a la geología que existen. Realmente es algo que te llama la atención " [22].
A pesar del gran cambio, el cambio de dirección nunca se registró mediante declinaciones magnéticas , orientaciones de la zona de fractura o reconstrucciones de placas ; tampoco podría haber ocurrido una colisión continental lo suficientemente rápido como para producir una curva tan pronunciada en la cadena. [23] Para probar si la curva fue el resultado de un cambio en la dirección de la placa del Pacífico, los científicos analizaron la geoquímica de las muestras de lava para determinar dónde y cuándo se formaron. La edad se determinó mediante la datación radiométrica de isótopos radiactivos de potasio y argón . Los investigadores estimaron que los volcanes se formaron durante un período de 81 a 45 millones de años. Tarduno y su equipo determinaron dónde se formaron los volcanes analizando la roca en busca del mineral magnético magnetita . Mientras que la lava caliente de una erupción volcánica se enfría, los pequeños granos dentro de la magnetita se alinean con el campo magnético de la Tierra y se fijan en su lugar una vez que la roca se solidifica. Los investigadores pudieron verificar las latitudes en las que se formaron los volcanes midiendo la orientación de los granos dentro de la magnetita. Los paleomagnetistas concluyeron que el hotspot hawaiano se había desplazado hacia el sur en algún momento de su historia y que, hace 47 millones de años, el movimiento del hotspot hacia el sur se ralentizó enormemente, tal vez incluso se detuvo por completo. [20] [22]
Historia de estudio
Antiguos hawaianos
Los antiguos hawaianos sospechaban de la posibilidad de que las islas hawaianas envejecieran a medida que una se trasladaba al noroeste mucho antes de que llegaran los europeos. Durante sus viajes, los hawaianos marineros notaron diferencias en la erosión, la formación del suelo y la vegetación, lo que les permitió deducir que las islas del noroeste ( Ni'ihau y Kaua'i ) eran más antiguas que las del sureste (Maui y Hawai). [1] La idea fue transmitida de generación en generación a través de la leyenda de Pele , la diosa hawaiana de los volcanes.
Pele nació del espíritu femenino Haumea , o Hina , quien, como todos los dioses y diosas hawaianos, descendía de los seres supremos, Papa o Madre Tierra y Wakea o Padre Celestial . [24] : 63 [25] Según el mito, Pele originalmente vivía en Kauai, cuando su hermana mayor Nāmaka , la Diosa del Mar, la atacó por seducir a su marido. Pele huyó al sureste hacia la isla de Oahu. Cuando Nāmaka la obligó a huir de nuevo, Pele se trasladó al sureste a Maui y finalmente a Hawai, donde todavía vive en Halemaʻumaʻu en la cima de Kīlauea . Allí estaba a salvo, porque las laderas del volcán son tan altas que ni siquiera las poderosas olas de Nāmaka podrían alcanzarla. El mítico vuelo de Pele, que alude a una eterna lucha entre islas volcánicas y olas del océano, es consistente con la evidencia geológica de que las edades de las islas disminuyen hacia el sureste. [1] [18]
Estudios modernos
Tres de los primeros observadores registrados de los volcanes fueron los científicos escoceses Archibald Menzies en 1794, [26] James Macrae en 1825, [27] y David Douglas en 1834. El solo hecho de llegar a las cumbres resultó abrumador: Menzies hizo tres intentos para ascender Mauna Loa , y Douglas murió en las laderas de Mauna Kea . La expedición de exploración de los Estados Unidos pasó varios meses estudiando las islas en 1840-1841. [28] El geólogo estadounidense James Dwight Dana estaba en esa expedición, al igual que el teniente Charles Wilkes , quien pasó la mayor parte del tiempo liderando un equipo de cientos que arrastraron un péndulo hasta la cima del Mauna Loa para medir la gravedad. Dana se quedó con el misionero Titus Coan , quien proporcionaría décadas de observaciones de primera mano. [29] Dana publicó un artículo breve en 1852. [30]
Dana siguió interesado en el origen de las islas hawaianas y dirigió un estudio más profundo en 1880 y 1881. Confirmó que la edad de las islas aumentaba con su distancia de la isla más al sureste al observar diferencias en su grado de erosión. También sugirió que muchas otras cadenas de islas en el Pacífico mostraron un aumento general similar en edad del sureste al noroeste. Dana concluyó que la cadena hawaiana constaba de dos hebras volcánicas, ubicadas a lo largo de vías curvas distintas pero paralelas. Acuñó los términos "Loa" y "Kea" para las dos tendencias prominentes. La tendencia de Kea incluye los volcanes de Kīlauea , Mauna Kea , Kohala , Haleakalā y West Maui . La tendencia Loa incluye Lōiʻhi , Mauna Loa , Hualālai , Kahoʻolawe , Lānaʻi y West Molokaʻi . Dana propuso que la alineación de las islas hawaianas reflejaba la actividad volcánica localizada a lo largo de una importante zona de fisuras. La teoría de la "gran fisura" de Dana sirvió como hipótesis de trabajo para estudios posteriores hasta mediados del siglo XX. [23]
El trabajo de Dana fue seguido por la expedición de 1884 del geólogo CE Dutton , quien refinó y amplió las ideas de Dana. En particular, Dutton estableció que la isla de Hawai en realidad albergaba cinco volcanes, mientras que Dana contaba tres. Esto se debe a que Dana había considerado originalmente a Kilauea como un respiradero lateral de Mauna Loa y a Kohala como parte de Mauna Kea. Dutton también refinó otras de las observaciones de Dana, y se le atribuye el nombramiento de lavas de tipo 'a'ā y pāhoehoe , aunque Dana había notado una distinción. Estimulado por la expedición de Dutton, Dana regresó en 1887 y publicó muchos relatos de su expedición en el American Journal of Science . En 1890 publicó el manuscrito más detallado de su época y siguió siendo la guía definitiva del vulcanismo hawaiano durante décadas. 1909 vio la publicación de dos grandes volúmenes que citaban extensamente obras anteriores ahora fuera de circulación. [31] : 154-155
En 1912, el geólogo Thomas Jaggar fundó el Observatorio de Volcanes de Hawái . La instalación fue asumida en 1919 por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica y en 1924 por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), que marcó el inicio de la observación continua de volcanes en la isla de Hawái. El siglo siguiente fue un período de investigación exhaustiva, marcado por las contribuciones de muchos científicos destacados. El primer modelo evolutivo completo fue formulado por primera vez en 1946 por el geólogo e hidrólogo del USGS Harold T. Stearns. Desde entonces, los avances han permitido el estudio de áreas de observación previamente limitadas (por ejemplo, métodos mejorados de datación de rocas y etapas volcánicas submarinas). [31] : 157 [32]
En la década de 1970, el fondo marino hawaiano se cartografió utilizando un sonar basado en barcos . Los datos calculados SYNBAPS (Sistema de Perfilado Batimétrico Sintético) [33] llenaron los agujeros entre las mediciones batimétricas del sonar basado en barcos . [19] [34] De 1994 a 1998 [35] la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología Marina-Terrestre (JAMSTEC) trazó un mapa de Hawái en detalle y estudió su fondo oceánico, convirtiéndolo en una de las características marinas mejor estudiadas del mundo. El proyecto JAMSTEC, una colaboración con USGS y otras agencias, utilizó sumergibles tripulados , vehículos submarinos operados a distancia , muestras de dragado y muestras de núcleos . [36] El sistema de sonar de barrido lateral multihaz Simrad EM300 recopiló datos de batimetría y retrodispersión . [35]
Caracteristicas
Posición
Se obtuvieron imágenes del hotspot de Hawái mediante tomografía sísmica y se estima que tiene entre 500 y 600 km (310-370 millas) de ancho. [37] [38] Las imágenes tomográficas muestran una zona delgada de baja velocidad que se extiende a una profundidad de 1.500 km (930 millas), conectando con una gran zona de baja velocidad que se extiende desde una profundidad de 2.000 km (1.200 millas) hasta el núcleo. límite del manto . Estas zonas de baja velocidad sísmica a menudo indican material de manto más caliente y más flotante, consistente con un penacho que se origina en el manto inferior y un estanque de material de penacho en el manto superior. La zona de baja velocidad asociada con la fuente de la columna está al norte de Hawai'i, lo que muestra que la columna está inclinada hasta cierto punto, desviada hacia el sur por el flujo del manto. [39] Los datos de los desequilibrios de la serie de desintegración del uranio han demostrado que la región de flujo activo de la zona de fusión tiene 220 ± 40 km (137 ± 25 millas) de ancho en su base y 280 ± 40 km (174 ± 25 millas) en la parte superior. surgencia del manto, consistente con las mediciones tomográficas. [40]
Temperatura
Estudios indirectos encontraron que la cámara de magma se encuentra a unos 90-100 kilómetros (56-62 millas) bajo tierra, lo que coincide con la profundidad estimada de la roca del Período Cretácico en la litosfera oceánica; esto puede indicar que la litosfera actúa como una tapa al derretirse deteniendo el ascenso del magma. La temperatura original del magma se determinó de dos maneras, probando el punto de fusión del granate en la lava y ajustando la lava para detectar el deterioro del olivino . Ambas pruebas del USGS parecen confirmar la temperatura a aproximadamente 1.500 ° C (2.730 ° F); en comparación, la temperatura estimada para el basalto de la dorsal oceánica es de aproximadamente 1325 ° C (2417 ° F). [41]
La anomalía del flujo de calor en la superficie alrededor del oleaje hawaiano es sólo del orden de 10 mW / m 2 , [42] [43] mucho menor que el rango continental de Estados Unidos de 25 a 150 mW / m 2 . [44] Esto es inesperado para el modelo clásico de una pluma caliente y flotante en el manto. Sin embargo, se ha demostrado que otras columnas presentan flujos de calor superficial muy variables y que esta variabilidad puede deberse al flujo variable de fluido hidrotermal en la corteza terrestre por encima de los puntos calientes. Este flujo de fluido elimina advectivamente el calor de la corteza y, por lo tanto, el flujo de calor conductivo medido es menor que el verdadero flujo de calor superficial total. [43] El bajo calor a través del oleaje hawaiano indica que no está sostenido por una corteza flotante o litosfera superior, sino que está apoyado por el penacho del manto caliente (y por lo tanto menos denso) ascendente que hace que la superficie se eleve [42] ] a través de un mecanismo conocido como " topografía dinámica ".
Movimiento
Los volcanes hawaianos se desplazan hacia el noroeste desde el punto de acceso a una velocidad de aproximadamente 5 a 10 centímetros (2,0 a 3,9 pulgadas) por año. [18] El hotspot ha migrado al sur unos 800 kilómetros (497 millas) en relación con la cadena Emperor. [23] Los estudios paleomagnéticos apoyan esta conclusión basados en cambios en el campo magnético de la Tierra , una imagen del cual estaba grabada en las rocas en el momento de su solidificación, [45] mostrando que estos montes submarinos se formaron en latitudes más altas que las actuales Hawai. Antes de la curva, el hotspot migró aproximadamente 7 centímetros (2,8 pulgadas) por año; la tasa de movimiento cambió en el momento de la curva a unos 9 centímetros (3,5 pulgadas) por año. [23] El Programa de Perforación Oceánica proporcionó la mayor parte del conocimiento actual sobre la deriva. La expedición de 2001 [46] perforó seis montes submarinos y probó las muestras para determinar su latitud original y, por lo tanto, las características y la velocidad del patrón de deriva del hotspot en total. [47]
Cada volcán sucesivo pasa menos tiempo adherido activamente a la columna. La gran diferencia entre las lavas más jóvenes y más antiguas entre los volcanes Emperador y Hawaiano indica que la velocidad del hotspot está aumentando. Por ejemplo, Kohala, el volcán más antiguo de la isla de Hawái, tiene un millón de años y entró en erupción por última vez hace 120.000 años, un período de poco menos de 900.000 años; mientras que uno de los más antiguos, el monte submarino de Detroit, experimentó 18 millones o más de años de actividad volcánica. [21]
El volcán más antiguo de la cadena, el monte submarino Meiji, encaramado al borde de la fosa de las Aleutianas , se formó hace 85 millones de años. [48] A su velocidad actual, el monte submarino será destruido dentro de unos pocos millones de años, ya que la Placa del Pacífico se desliza bajo la Placa Euroasiática . Se desconoce si la cadena de montes submarinos se ha estado subduciendo bajo la placa euroasiática, y si el hotspot es más antiguo que el monte submarino Meiji, ya que los montes submarinos más antiguos han sido destruidos desde entonces por el margen de la placa. También es posible que una colisión cerca de la Fosa de las Aleutianas haya cambiado la velocidad de la Placa del Pacífico, lo que explica la curva de la cadena de puntos calientes; la relación entre estas características aún se está investigando. [23] [49]
Magma
La composición del magma de los volcanes ha cambiado significativamente según el análisis de las proporciones elementales estroncio - niobio - paladio . Los montes submarinos Emperador estuvieron activos durante al menos 46 millones de años, y la lava más antigua data del período Cretácico , seguida de otros 39 millones de años de actividad a lo largo del segmento hawaiano de la cadena, por un total de 85 millones de años. Los datos demuestran la variabilidad vertical en la cantidad de estroncio presente tanto en las lavas alcalinas (etapas tempranas) como en las toleíticas (etapas posteriores). El aumento sistemático se ralentiza drásticamente en el momento de la curva. [48]
Casi todo el magma creado por el punto caliente es basalto ígneo ; los volcanes están construidos casi en su totalidad de esta u otra similar en composición, pero gabro y diabasa de grano más grueso . Otras rocas ígneas como la nefelinita están presentes en pequeñas cantidades; estos ocurren a menudo en los volcanes más antiguos, principalmente en el monte submarino de Detroit. [48] La mayoría de las erupciones son líquidas porque el magma basáltico es menos viscoso que los magmas característicos de erupciones más explosivas como los magmas andesíticos que producen erupciones espectaculares y peligrosas alrededor de los márgenes de la cuenca del Pacífico. [7] Los volcanes se dividen en varias categorías eruptivas . Los volcanes hawaianos se denominan "tipo hawaiano". La lava hawaiana se derrama de los cráteres y forma largas corrientes de roca fundida brillante que fluye por la pendiente, cubriendo acres de tierra y reemplazando el océano con tierra nueva. [50]
Frecuencia y escala de erupción
Existe evidencia significativa de que las tasas de flujo de lava han aumentado. Durante los últimos seis millones de años han sido mucho más altos que nunca, a más de 0.095 km 3 (0.023 millas cúbicas) por año. El promedio de los últimos millones de años es aún mayor, de aproximadamente 0,21 km 3 (0,050 millas cúbicas). En comparación, la tasa de producción promedio en una cordillera en medio del océano es de aproximadamente 0.02 km 3 (0.0048 mi mi) por cada 1,000 kilómetros (621 mi) de cordillera. La tasa a lo largo de la cadena de montes submarinos Emperador promedió alrededor de 0,01 kilómetros cúbicos (0,0024 millas cúbicas) por año. La tasa fue casi cero durante los primeros cinco millones de años en la vida del hotspot. La tasa promedio de producción de lava a lo largo de la cadena hawaiana ha sido mayor, a 0.017 km 3 (0.0041 millas cúbicas) por año. [23] En total, el hotspot ha producido un estimado de 750.000 kilómetros cúbicos (180.000 millas cúbicas) de lava, suficiente para cubrir California con una capa de aproximadamente 1,5 kilómetros (1 milla) de espesor. [5] [18] [51] [52] [53]
La distancia entre los volcanes individuales se ha reducido. Aunque los volcanes se han desplazado hacia el norte más rápido y han pasado menos tiempo activos, el volumen eruptivo moderno mucho mayor del hotspot ha generado volcanes más cercanos, y muchos de ellos se superponen, formando superestructuras como la isla de Hawai'i y el antiguo Maui Nui . Mientras tanto, muchos de los volcanes en los montes submarinos del Emperador están separados por 100 kilómetros (62 millas) o incluso hasta 200 kilómetros (124 millas). [52] [53]
Topografía y geoide
Un análisis topográfico detallado de la cadena de montes submarinos Hawaiian-Emperor revela que el hotspot es el centro de un alto topográfico, y esa elevación disminuye con la distancia desde el hotspot. La disminución más rápida en la elevación y la relación más alta entre la topografía y la altura del geoide se encuentran en la parte sureste de la cadena, cayendo con la distancia desde el punto de acceso, particularmente en la intersección de las zonas de fractura de Molokai y Murray. La explicación más probable es que la región entre las dos zonas es más susceptible al recalentamiento que la mayor parte de la cadena. Otra posible explicación es que la fuerza del hotspot aumenta y disminuye con el tiempo. [34]
En 1953, Robert S. Dietz y sus colegas identificaron por primera vez el comportamiento del oleaje. Se sugirió que la causa era el afloramiento del manto. El trabajo posterior señaló un levantamiento tectónico , causado por el recalentamiento dentro de la litosfera inferior. Sin embargo, la actividad sísmica normal debajo del oleaje, así como la falta de flujo de calor detectado, hicieron que los científicos sugirieran una topografía dinámica como la causa, en la que el movimiento de la pluma del manto caliente y flotante apoya la topografía de la superficie alta alrededor de las islas. [42] Comprender el oleaje hawaiano tiene implicaciones importantes para el estudio de los puntos calientes, la formación de islas y el interior de la Tierra. [34]
Sismicidad
El hotspot de Hawái es una zona sísmica muy activa con miles de terremotos que ocurren en y cerca de la isla de Hawái cada año. La mayoría son demasiado pequeñas para que las personas las sientan, pero algunas son lo suficientemente grandes como para provocar una devastación leve o moderada. [54] El terremoto más destructivo registrado fue el del 2 de abril de 1868, que tuvo una magnitud de 7,9 en la escala de Richter . [55] Desencadenó un deslizamiento de tierra en Mauna Loa, 5 millas (8,0 km) al norte de Pahala , matando a 31 personas. Un tsunami se cobró 46 vidas más. Las aldeas de Punaluʻu, Nīnole , Kawaa, Honuapo y Keauhou Landing sufrieron graves daños. Según los informes, el tsunami rodó sobre las copas de los cocoteros hasta 60 pies (18 m) de altura y llegó tierra adentro a una distancia de un cuarto de milla (400 metros) en algunos lugares. [56]
Volcanes
A lo largo de sus 85 millones de años de historia, el hotspot de Hawái ha creado al menos 129 volcanes, más de 123 de los cuales son volcanes extintos , montes submarinos y atolones , cuatro de los cuales son volcanes activos y dos de los cuales son volcanes inactivos . [21] [47] [57] Se pueden organizar en tres categorías generales: el archipiélago hawaiano , que comprende la mayor parte del estado estadounidense de Hawai y es la ubicación de toda la actividad volcánica moderna; las islas del noroeste de Hawái , que consisten en atolones de coral, islas extintas e islas de atolones ; y los montes submarinos Emperador , todos los cuales desde entonces se han erosionado y hundido hasta el mar y se han convertido en montes submarinos y guyots (montes submarinos de cima plana). [58]
Características volcánicas
Los volcanes hawaianos se caracterizan por frecuentes erupciones de grietas , su gran tamaño (miles de kilómetros cúbicos de volumen) y su forma áspera y descentralizada. Las zonas de ruptura son una característica destacada de estos volcanes y explican su estructura volcánica aparentemente aleatoria. [59] La montaña más alta de la cadena de Hawái, Mauna Kea, se eleva 4.205 metros (13.796 pies) sobre el nivel medio del mar . Medida desde su base en el lecho marino, es la montaña más alta del mundo, con 10.203 metros (33.474 pies); El monte Everest se eleva 8.848 metros (29.029 pies) sobre el nivel del mar. [60] Hawaii está rodeada por una gran cantidad de montes submarinos; sin embargo, se encontró que estaban desconectados del hotspot y su vulcanismo. [36] Kilauea ha entrado en erupción continuamente desde 1983 a través de Puʻu ʻŌʻō , un cono volcánico menor, que se ha convertido en una atracción para vulcanólogos y turistas por igual. [61]
Deslizamientos de tierra
Las islas hawaianas están alfombradas por una gran cantidad de deslizamientos de tierra provocados por el colapso volcánico. El mapeo batimétrico ha revelado al menos 70 grandes deslizamientos de tierra en los flancos de la isla de más de 20 km (12 millas) de longitud, y los más largos tienen 200 km (120 millas) de largo y más de 5,000 km 3 (1,200 millas cúbicas) en volumen. Estos flujos de escombros se pueden clasificar en dos categorías amplias: depresiones , movimiento masivo sobre pendientes que aplanan lentamente a sus originadores y avalanchas de escombros más catastróficas , que fragmentan las laderas volcánicas y esparcen los escombros volcánicos más allá de sus laderas. Estos deslizamientos han causado tsunamis y terremotos masivos , macizos volcánicos fracturados y escombros esparcidos a cientos de millas de su origen. [62]
Las depresiones tienden a estar profundamente arraigadas en sus originadores, moviendo la roca hasta 10 km (6 millas) de profundidad dentro del volcán. Forzadas hacia adelante por la masa de material volcánico recién expulsado, las depresiones pueden avanzar lentamente o aumentar en espasmos que han causado los terremotos históricos más grandes de Hawái, en 1868 y 1975. Las avalanchas de escombros, mientras tanto, son más delgadas y más largas, y están definidas por anfiteatros volcánicos en su cabecera y terreno accidentado en su base. Avalanchas en rápido movimiento arrastraron bloques de 10 km (6 millas) a decenas de kilómetros de distancia, perturbando la columna de agua local y provocando un tsunami. La evidencia de estos eventos existe en forma de depósitos marinos en lo alto de las laderas de muchos volcanes hawaianos, [62] y ha estropeado las laderas de varios montes submarinos Emperor, como Daikakuji Guyot y Detroit Seamount. [21]
Evolución y construcción
Los volcanes hawaianos siguen un ciclo de vida bien establecido de crecimiento y erosión. Después de que se forma un nuevo volcán, su producción de lava aumenta gradualmente. La altura y la actividad alcanzan su punto máximo cuando el volcán tiene alrededor de 500.000 años y luego declinan rápidamente. Eventualmente se vuelve inactivo y eventualmente se extingue. La erosión luego erosiona el volcán hasta que nuevamente se convierte en un monte submarino. [58]
Este ciclo de vida consta de varias etapas. La primera etapa es la etapa de preescudo submarino , actualmente representada únicamente por el monte submarino Lōʻihi . Durante esta etapa, el volcán se eleva a través de erupciones cada vez más frecuentes. La presión del mar evita erupciones explosivas. El agua fría solidifica rápidamente la lava, produciendo la almohada de lava que es típica de la actividad volcánica submarina. [58] [63]
A medida que el monte submarino crece lentamente, pasa por las etapas de escudo . Forma muchas características maduras, como una caldera , mientras está sumergido. La cumbre finalmente rompe la superficie, y la lava y el agua del océano "luchan" por el control cuando el volcán entra en la subfase explosiva . Esta etapa de desarrollo se ejemplifica con los respiraderos de vapor explosivos. Esta etapa produce principalmente cenizas volcánicas , resultado de las olas que humedecen la lava. [58] Este conflicto entre lava y mar influye en la mitología hawaiana . [24] : 8-11
El volcán entra en la subfase subaérea una vez que alcanza la altura suficiente para escapar del agua. Ahora el volcán alcanza el 95% de su altura sobre el agua durante aproximadamente 500.000 años. A partir de entonces, las erupciones se vuelven mucho menos explosivas. La lava liberada en esta etapa a menudo incluye tanto pāhoehoe como ʻaʻā, y los volcanes hawaianos actualmente activos, Mauna Loa y Kīlauea, se encuentran en esta fase. La lava hawaiana es a menudo líquida, en bloques, lenta y relativamente fácil de predecir; el USGS rastrea dónde es más probable que corra y mantiene un sitio turístico para ver la lava. [58] [64]
Después de la fase subaérea, el volcán entra en una serie de etapas posteriores al escudo que involucran hundimiento y erosión, convirtiéndose en un atolón y finalmente en un monte submarino. Una vez que la placa del Pacífico lo mueve fuera de los trópicos a 20 ° C (68 ° F) , el arrecife desaparece en su mayor parte y el volcán extinto se convierte en uno de los aproximadamente 10,000 montes submarinos áridos en todo el mundo. [58] [65] Cada monte submarino Emperador es un volcán muerto.
Ver también
- Lista de puntos calientes volcánicos
- Lista de volcanes en el Océano Pacífico
- Lista de volcanes en los Estados Unidos
- Maui Nui
- Tipos de erupciones volcánicas
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enlaces externos
- Pele-Goddess of Fire —Detalla la historia completa de Pele , según los mitos hawaianos.
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- Evolución de los volcanes de Hawai: artículo del USGS sobre la evolución de los volcanes de Hawai a lo largo del tiempo.
- El cortometraje Inside Hawaiian Volcanoes (1989) está disponible para su descarga gratuita en Internet Archive