Las rutas del agua desde el océano profundo hasta los volcanes

Las placas oceánicas llevan mucha agua cuando se sumergen hacía el interior de la Tierra en los márgenes continentales. Dicha  agua juega un papel central en el vulcanismo de bordes de placa. Un equipo del Centro de Investigación Cooperativa (SFB ) 574 «Líquidos y volátiles en las zonas de subducción», en Kiel (Alemania) ha rastreado por primera vez  el camino que sigue el agua hasta una profundidad de 120 kilómetros. Esta es una pieza importante del rompecabezas para entender el vulcanismo activo en el cinturón de fuego del pacífico.

Rutas del agua en las zonas de subducción: a través de grandes grietas formadas durante el proceso de subducción de las placas oceánicas el agua penetra, y es en parte capturada y transportada a través del manto. Allí, debido a la alta presión y temperaturas que se ejercen sobre la placa en subducción, el agua sube de nuevo a la superficie. (Crédito: Worzewski)

 

Es difícil imaginar una mayor diferencia que la que hay entre el fuego y el agua. Sin embargo hay una estrecha relación entre éstos y los científicos lo saben: muchos volcanes necesitan agua para sus erupciones. En el manto superior, el agua reduce la temperatura de fusión de las rocas. Como consecuencia, éstas se funden más rápido y pueden ascender en forma de magma a la superficie de la Tierra. En las zonas donde se desliza  una placa oceánica bajo un continente por los procesos de tectónica de placas, grandes cantidades de agua penetran en el interior de la Tierra.

Esta región, llamada zona de subducción, se puede encontrar por ejemplo en la costa oeste de América Central y América del Sur.  A través de grandes grietas formadas durante el proceso de subducción de las placas oceánicas el agua penetra y es en parte capturada  y transportada en el manto. Allí, la presión alta y las temperaturas aprietan la placa que está subduciendo y el agua asciende de vuelta a la superficie. En este camino de regreso, apoya el proceso de formación del magma. Por lo tanto todas las zonas de subducción están caracterizadas por la presencia de volcanes a lo largo del margen continental.
Tamara Worzewski, geofísica del Centro de Investigación Cooperativa (SFB) 574 explica que:

«Hasta ahora lo que sabíamos era que el arrastre del agua hacía el manto terrestre a lo largo de las áreas de las zonas de subducción es sustancial y cómo es liberada de nuevo por el proceso volcánico. Sin embargo, la ruta exacta del agua hacia el manto y de nuevo a la superficie no había sido demostrada en todo un contexto unificador»

Para sus investigaciones, los científicos utilizaron el método magnetotelúrico. Aquí, los instrumentos especiales para medir los cambios en el campo electromagnético de la Tierra,  permiten inferir la distribución de la conductividad en la tierra. «Debido a su alta conductividad, las rocas acuosa se pueden detectar muy bien«, explica Worzewski. En tierra, este método ya ha sido utilizado con éxito durante algún tiempo aunque en el fondo del mar, su aplicación es bastante nueva. «Las mediciones a mayor profundidad son simplemente mucho más difíciles«, explica el Dr. Marion Jegen, co-autor del estudio.

En 2007 y 2008, una cadena continua de èstos instrumentos fue distribuida en toda la zona de subducción en la costa de Costa Rica. Se extendió desde 200 kilómetros de la costa a 160 kilómetros sobre la tierra más allá de la cadena volcánica de Costa Rica. «Los instrumentos en tierra fueron suministrados por la Universidad Libre de Berlín, mientras que en el fondo marino fueron usados los nuevos instrumentos desarrollados en Kiels» reporta el Dr. Jegen. Con los nuevos datos Tamara Worzewski y sus co-autores fueron capaces de visualizar por primera vez, el ciclo del agua en las zonas de subducción.

«Tenemos indicios de que el proceso de enriquecimiento de agua de la corteza que hemos detectado a nivel local se pueden encontrar en zonas de subducción a nivel mundial«, dice Worzewski. Sin embargo  se requiere más investigación para explicar el proceso en más detalle.

Links (en inglés) :
www.sfb574.ifm-geomar.de The Collaborative Research Centre 574

Contacto:
Tamara Worzewski, tworzewski@ifm-geomar.de
Dr. Marion Jegen, Phone: +49-431 600 2560, mjegen@ifm-geomar.de
Jan Steffen (Public relation IFM-GEOMAR), Phone: +49-431 600-2811, jsteffen@ifm-geomar.de

Fuentes:

http://www.uni-kiel.de/aktuell/pm/2010/2010-187-ozean-feuerberg-e.shtml

http://www.sciencedaily.com/releases/2010/12/101220084154.htm

Un manto terrestre inquieto bajo Alaska

El manto bajo Alaska se mueve de 20 a 30 veces más rápido que la corteza – invirtiendo el orden habitual de las placas tectónicas.

Es la idea principal de un reciente estudio hecho por geológos de la Universidad de California y presentado este mes en la revista Nature.  La sorpresa se la llevaron cuando estudiaban un nuevo modelo 3D de la zona de subducción en Alaska.

Así que en lugar de ser arrastrada como una losa de la corteza que es empujada bajo otra, el manto de roca sólida roca está girando alrededor de la losa en hundimiento como el agua alrededor de un remo sumergido en un arroyo. Un poco extraña la idea, no?

Un modelo generado por computador muestra las roca del manto de Alaska girando en remolino alrededor de la losa hundida de la corteza (en gris). Imagen: Margarete Jadamec

Lo que los modelos predicen son flujos de hasta 90 centímetros por año en todo el fragmento de corteza descendente. Las velocidades más típicas y «normales» de las placas, oscilan entre 1 y 10 centímetros por año.

Según Magali Billen, una de las coautoras del estudio:

En la escala de tiempo de la tectónica de placas, esta velocidad es escandalosamente rápida. El remolino del manto alrededor de la losa en hundimiento podría tener implicaciones en los grandes terremotos y tsunamis que esta zona de subducción es capaz de generar. Parte de la energía generada a partir de la colisión de placas y que es en parte ventilada por los terremotos, podría ser transferida directo al manto.

El modelo también podría ayudar a determinar si un pedazo de corteza está a punto de caer en el manto y detener el proceso de subducción. Esto, a su vez, podría ayudar a explicar por qué las zonas de subducción empiezan y luego se detienen en distintos lugares

El modelo incorpora lo último en evidencias propias de la zona de subducción de Alaska con anisotropía sísmica, que explota las propiedades sísmicas especiales del mineral olivino en el manto para detectar la dirección de las rocas que están fluyendo en el manto.

Otras piezas sísmicas del puzzle computacional de  la subducción incluyen la forma de la losa que ahora está siendo empujada hacia el manto y la viscosidad del manto. Se necesitarían millones de años para que la losa descienda completamente, así que a lo mejor estos modelos permiten estudiar de alguna manera el comportamiento de la losa, que es algo que no podríamos ver nunca.

Imagen satelital de Google Earth que muestra la zona de subducción en Alaska.

Cementerios de placas tectónicas

El artículo publicado la semana pasada en la Revista Nature busca dar una nueva explicación a una serie de puntos de baja gravedad detectados en determinadas zonas del planeta. La investigación realizada por un grupo de geofisicos del Caltech encabezados por el Dr. Michael Gurnis afirma que estas bajas en la gravedad se deben a anomalías en amplios «cementerios de losas» que yacen cerca del núcleo del planeta.

Ya previamente los científicos habían observado que la gravedad disminuye en zonas donde las placas han subducido. En las áreas especificas que investigaron esta vez (Sur de Asia, a lo largo de la costa antartica al sur de Nueva Zelanda y el noreste del pacífico) las ondas sísmicas viajan más lento de lo normal a poca profundidad -1.000 kilometros o menos – pero más rápido de lo normal a mayor profundidad. Como las ondas sonoras viajan más rápido a través de material denso (por ejemplo, el agua en comparación con el aire) la diferencia de velocidad con la profundidad les indicó al equipo que material ligero menos denso se encuentra sobre una capa de material muy denso.

Los investigadores sostienen que lo más probable, es que la flotabilidad relativa de la capa superior se debe a su composición rica en agua. Según el informe, el agua pudo haber sido inyectado en el manto como resultado de lentos colisiones tectónicas entre las placas de mayor y menor densidad. Cuando una placa subduce a través del manto, el agua en esas rocas, así como el agua de los sedimentos del fondo marino que se habían acumulado por encima de las placas, es liberada. Cuando el agua percola por las rocas circundantes, reduce sus puntos de fusión y su densidad.

Los restos deshidratados de las placas densas  yacen en la profundidad del manto, donde hacen aumentar la velocidad de las ondas sísmicas.

Previos estudios indicaban al parecer que los puntos calientes a lo largo del límite entre el núcleo y el manto flotante creaban columnas de roca que se levantan dentro del manto terrestre. En este nuevo estudio, sin embargo, la disminución de la densidad se debe a cambios que se suponen son por cambios en la composición de la roca y no su temperatura.

El campo gravitacional de la Tierra es mucho menor que la media en algunos lugares (zonas color azul oscuro encerradas en rojo) a causa de material rico en agua que se encuentra en los restos deshidratados de placas tectónicas subductadas. / Spasojevic et al. Nature Geoscience.

Erupciones volcánicas después del terremoto en Chile?

Después del fuerte sismo en Chile, muchas son las dudas que vienen acerca de los acontecimientos geológicos venideros. Habrán más tsunamis? más temblores? aumentarán las erupciones volcánicas?

Sobre el efecto de los sismos en el aumento de las erupciones volcánicas ya se han presentado desde hace algunos años diferentes hipótesis, en concreto, en 1998 Alan Linde y Selwyn Sacks, del Instituto Carnegie de Washington, publicaron en la revista Nature un estudio donde analizan 204 terremotos que se produjeron en los últimos dos siglos. En su trabajo indicaron que durante las primeras 48 horas que siguieron a los temblores, entraron en erupción muchos de los volcanes que se encontraban en un radio de hasta 750 kilómetros del epicentro del sismo y que el riesgo de erupción se mantendría por unos tres años en esa zona de influencia.

Las ondas sísmicas generadas a partir de sismos pueden generar perturbaciones sobre  la roca fundida  y a raíz de la convección( intercambio de energía),  los gases que nacen del magma se incorporan a las cámaras magmáticas (el repositorio de magma que se encuentra presente en los volcanes activos en fase previa de erupción). Así es como aumenta la presión interna de las cámaras y los gases comienzan a fisurar las paredes de los volcanes y los gases van yendo en dirección ascendente.

Según el vulcanológo Alberto Caselli de la Universidad de Buenos Aires:

«a principios de 1900 y en 1960 hubo dos terremotos bastante importantes en el centro de Chile y que se pudo comprobar un posterior aumento en las erupciones. En el caso de 1960, entraron en actividad siete volcanes andinos, entre ellos el Peteroa, el Copahue, el Villarica y el Tupungatito, además de varios volcanes chilenos”.

También en el 2008, los investigadores Sebastian Watt, David Pyle y Tamsin Mather de la Universidad de Oxford señalaron en su artículo: «La influencia de grandes terremotos sobre la tasa de erupciones volcánicas a lo largo de la zona de subducción Chilena» (En inglés: ‘The influence of great earthquakes on volcanic eruption rate along the Chilean subduction zone’, Earth and Planetary Science Letters, vol. 277, nos. 3-4, 30 January 2009, Pages 399-407), una potencial conexión entre los terremotos y el incremento de la actividad volcanica en Chile en los dos siglos pasados y concluyeron que había cierta evidencia de que efectivamente existia una conexión:

«Hemos demostramos un incremento significativo en la tasa de erupciones que hubo después de terremotos de Magnitud 8 o más, notablemente en 1906 y 1960, con situaciones similares atrás en el registro. Las tasas eruptivas se incrementaron por encima de los niveles  de fondo durante los 12 meses siguientes  a los terremotos de 1906 y 1960 con la aparición de 3-4 erupciones que se estima han sido sismicamente influenciadas en cada instancia»

Según un artículo publicado en New Scientist, CharlesDarwin estuvo dentro de las primeras personas en sugerir una conexión entre grandes terremotos y el incremento de actividad volcánica. En sus registros, Darwin noto que un terremoto de gran magnitud fuera de la línea de costa chilena en Febrero de 1835, sucedió justo antes que resucitaran algunos volcanes inactivos y se incrementara la tasa de erupción de otros volcanes activos.

En el mismo artículo, el investigador Pyle señala que:

«El terremoto de Chile ocurrió en la misma sección de falla que causó el terremoto que Darwin observó en 1835. Estaremos realizando mediciones satelitales de calor y deformación para estar pendientes del arco entero de volcanes desde Llaima en el sur hasta Tupungatito en el norte. En los volcanes que se encuentran actualmente activos, es probable que veamos un incremento en las explosiones de vapor, pero no esperamos que presenten un aumento significativo del peligro«

En este mismo sentido, al verificar los boletines de actividad volcánica emitidos por el Observatorio Vulcanologico de los Andes del Sur, encontramos que por el momento los principales volcanes activos se encuentran estables:

Volcán Chaiten: La actividad sísmica del volcán ha conservado su tendencia a la estabilidad en niveles considerados bajos – promedio de 8 eventos diarios – con predominio de sismos tipo VT cuyas magnitudes no sobrepasaron un valor de 1,8. Los epicentros de estos eventos fueron localizados en inmediaciones de la caldera, preferentemente hacia el sector sur, con profundidades comprendidas entre 1,5 y 5,0 km.

Los peligros actuales son los mismos que se han informado los últimos meses, esto es: probables colapsos parciales del conjunto de domos, transporte de abundantes materiales volcánicos disponibles en los flancos de serranías cercanas y en el entorno del volcán, que luego se depositan a lo largo de cauces de ríos y riberas del océano cercano a su desembocadura, especialmente durante períodos prolongados e intensos de lluvias, y posibles explosiones que pueden generar flujos de rocas y cenizas.

Caldera Volcan Chaiten /Foto: Sernageomin

Volcán Villarica: Presenta la fumarola habitual inclinada hacia el suroeste, existiendo depositación de material particulado sobre los flancos del mismo. Se pudo constatar que la apariencia de las grietas después del sismo de magnitud 8,8 y las posteriores réplicas, es de estabilidad. No se observaron cicatrices de nuevas avalanchas o caída de rocas.

Sobrevuelo aereo en el volcán Villarica/ Foto: Sernageomin

Volcan Callaqui: Se observó la presencia de fumarolas de color blanco, con alturas que no sobrepasan los 150 metros de altura. Es importante hacer notar que estas características estaban presentes antes del sismo de magnitud 8,8.

Los siguientes volcanes aparecen en completa normalidad y sin la presencia visual de elementos que indiquen inestabilidad (fumarolas o salida de gases, derrumbes, etc.), tanto en sus cráteres como en sus flancos: Sollipulli, Lonquimay, Tolhuaca, Copahue, Sierra Velluda y Antuco.

A partir de lo anterior, el SERNAGEOMIN mantiene la alerta nivel 4 – AMARILLA – para el volcán Llaima y alerta nivel 1 –VERDE – para el volcán Villarrica cuyo glaciar del sector norte se observa estable. La situación general de los demás volcanes en este período, están dentro de su estado habitual.

Volcan Vatuco/Foto: Sernageomin

Volcan Copahue/ Foto: Sernageomin

Volcán Sierra Velluda/ Foto: Sernageomin

Volcán Lonquimay/ Foto: Sernageomin

En la página web del OVDAS se puede tener acceso a las webcams las 24 horas de vigilancia de los distintos volcanes activos de Chile.

Por lo tanto, lejos de fomentar pánico, lo que señala esto es que si bien no se descarta que haya un aumento en la actividad volcánica a raiz del sismo principal y de las réplicas posteriores, por ahora la actividad volcánica en la zona transcurre con total normalidad y no se espera que tenga un aumento demasiado significativo; es importante por lo tanto estar informado y preparado para cualquier eventual aviso de las autoridades locales competentes. Estar informado con las fuentes veridicas es la mejor forma para estar preparado!