El punto caliente de Islandia es un punto caliente que es en parte responsable de la alta actividad volcánica que ha formado la meseta de Islandia y la isla de Islandia . Contribuye a comprender la deformación geológica de Islandia .
Islandia es una de las regiones volcánicas más activas del mundo, con erupciones que ocurren en promedio aproximadamente cada tres años (en el siglo XX y XXI hasta 2010 hubo 45 erupciones volcánicas en Islandia y sus alrededores). [1] Aproximadamente un tercio de las lavas basálticas que estallaron en la historia registrada han sido producidas por erupciones islandesas. Las erupciones notables han incluido la de Eldgjá , una fisura de Katla , en 934 (la erupción basáltica más grande del mundo jamás presenciada), Laki en 1783 (la segunda más grande del mundo), [2] y varias erupciones debajo de los casquetes polares , que han generado devastadores estallidos glaciares , la más reciente en 2010 después de la erupción de Eyjafjallajökull .
La ubicación de Islandia a horcajadas sobre la dorsal mesoatlántica , donde las placas euroasiática y norteamericana se están separando, es en parte responsable de esta intensa actividad volcánica, pero es necesaria una causa adicional para explicar por qué Islandia es una isla sustancial mientras que el resto de la dorsal se compone principalmente de montes submarinos , con picos por debajo del nivel del mar .
Además de ser una región con temperaturas más altas que el manto circundante , se cree que el punto caliente tiene una mayor concentración de agua . La presencia de agua en el magma reduce la temperatura de fusión, lo que también puede contribuir a aumentar el vulcanismo islandés.
Existe un debate en curso sobre si el punto caliente es causado por una columna de manto profunda o se origina a una profundidad mucho menor. [3] Recientemente, estudios de tomografía sísmica han encontrado anomalías en la velocidad de las ondas sísmicas bajo Islandia, consistentes con un conducto caliente de 100 km (62 mi) de ancho que se extiende hasta el manto inferior. [4]
Foulger et al. creen que la columna islandesa llega solo a la capa de transición del manto y, por lo tanto, no puede provenir de la misma fuente que Hawái. [5] Bijwaard y Spakman, sin embargo, creen que la columna islandesa llega al manto y, por lo tanto, proviene de la misma fuente que Hawái. [6] Si bien la cadena de islas hawaianas y los montes submarinos Emperador muestran una clara trayectoria volcánica progresiva en el tiempo causada por el movimiento de la placa del Pacífico sobre el punto caliente hawaiano, no se puede ver tal trayectoria en Islandia.
Se propone que la línea desde el volcán Grímsvötn hasta Surtsey muestra el movimiento de la placa euroasiática , y la línea desde el volcán Grímsvötn hasta el cinturón volcánico de Reykjanes muestra el movimiento de la placa norteamericana. [7]
La columna de Islandia es un afloramiento postulado de roca anómalamente caliente en el manto de la Tierra debajo de Islandia . Se cree que su origen se encuentra en las profundidades del manto, tal vez en el límite entre el núcleo y el manto a unos 2.880 km (1.790 mi) de profundidad. Las opiniones difieren en cuanto a si los estudios sísmicos han obtenido imágenes de dicha estructura. [8] En este marco, el vulcanismo de Islandia se atribuye a esta columna, según la teoría de W. Jason Morgan . [9]
Se cree que una columna de manto se encuentra debajo de Islandia, de la cual se piensa que el punto caliente es la expresión superficial, y que la presencia de la columna mejora el vulcanismo ya causado por la separación de placas. Además, los basaltos de inundación en los márgenes continentales de Groenlandia y Noruega , la orientación oblicua de los segmentos de la dorsal de Reykjanes a su dirección de expansión y el mayor espesor de la corteza ígnea encontrado a lo largo de las dorsales meridionales de Aegir y Kolbeinsey pueden ser resultados de la interacción entre la columna y la dorsal mesoatlántica . [10] Se cree que el tallo de la columna es bastante estrecho, quizás de 100 km (62 mi) de ancho y se extiende hasta al menos 400–650 km (250–400 mi) debajo de la superficie de la Tierra, y posiblemente hasta el límite núcleo-manto , mientras que la cabeza de la columna puede tener más de 1000 km (620 mi) de diámetro. [10] [11]
Se sugiere que la falta de un recorrido progresivo en el tiempo de los montes submarinos se debe a la ubicación de la columna debajo del grueso cratón de Groenlandia (Laurentia) durante unos 15 millones de años después de la ruptura continental, [12] y al posterior atrincheramiento del material de la columna en la dorsal mesoatlántica del norte después de su formación. [10]
Según el modelo de la pluma , la fuente del vulcanismo islandés se encuentra en las profundidades del centro de la isla. Las primeras rocas volcánicas atribuidas a la pluma se encuentran a ambos lados del Atlántico. Se ha determinado que sus edades están entre 64 y 58 millones de años. [13] : 73–74 Esto coincide con la apertura del Atlántico norte a finales del Paleoceno y principios del Eoceno , lo que ha llevado a sugerir que la llegada de la pluma estuvo vinculada a la ruptura de [14] Laurasia y tal vez contribuyó a ella . En el marco de la hipótesis de la pluma, el vulcanismo fue causado por el flujo de material caliente de la pluma inicialmente debajo de la litosfera continental gruesa y luego debajo de la litosfera de la creciente cuenca oceánica a medida que avanzaba el rifting. La posición exacta de la columna en ese momento es un tema de desacuerdo entre los científicos, [15] como lo es si se piensa que la columna ascendió desde el manto profundo solo en ese momento o si es mucho más antigua y también responsable del antiguo vulcanismo en el norte de Groenlandia, en la isla Ellesmere y en Alpha Ridge en el Ártico. [16]
A medida que el Atlántico norte se abrió al este de Groenlandia durante el Eoceno, América del Norte y Eurasia se separaron; la dorsal mesoatlántica se formó como un centro de expansión oceánica y una parte del sistema volcánico submarino de dorsales mesoceánicas . [17] La cabeza de la columna inicial puede haber tenido varios miles de kilómetros de diámetro, y erupcionó rocas volcánicas en ambos lados de la cuenca oceánica actual para producir la Provincia Ígnea del Atlántico Norte . [13] : 74 Tras una mayor apertura del océano y la deriva de las placas, se postula que la columna y la dorsal mesoatlántica se aproximaron entre sí y finalmente se encontraron. El exceso de magmatismo que acompañó la transición del vulcanismo de inundación en Groenlandia, Irlanda y Noruega a la actividad islandesa actual fue el resultado del ascenso de la fuente del manto caliente debajo de la litosfera progresivamente más delgada, según el modelo de la columna, o una parte postulada inusualmente productiva del sistema de dorsales mesoceánicas. [18] Algunos geólogos han sugerido que la columna de Islandia podría haber sido responsable del levantamiento del Paleógeno de las montañas escandinavas al producir cambios en la densidad de la litosfera y la astenosfera durante la apertura del Atlántico Norte. [19] Al sur, el levantamiento del Paleógeno de las tierras calcáreas inglesas que resultó en la formación de la superficie del Sub-Paleógeno también se ha atribuido a la columna de Islandia. [20]
En el oeste de Islandia existe una dorsal extinta, lo que lleva a la teoría de que la columna se ha desplazado hacia el este con el tiempo. La corteza más antigua de Islandia tiene más de 20 millones de años y se formó en un antiguo centro de expansión oceánica en la región de los fiordos occidentales (Vestfirðir). [13] : 74 El movimiento hacia el oeste de las placas y la dorsal sobre la columna y la fuerte anomalía térmica de esta última provocaron que este antiguo centro de expansión cesara hace 15 millones de años y condujera a la formación de uno nuevo en el área de las actuales penínsulas Skagi y Snæfellsnes ; en esta última todavía hay cierta actividad en forma del volcán Snæfellsjökull . El centro de expansión, y por tanto la actividad principal, se desplazó de nuevo hacia el este hace entre 9 y 7 millones de años y formó las actuales zonas volcánicas en el suroeste ( Reykjanes , Hofsjökull ) y el noreste ( Tjörnes ). En la actualidad, se está produciendo una lenta disminución de la actividad en el noreste, mientras se desarrolla la zona volcánica del sureste ( Katla , Vatnajökull ), que se inició hace 3 millones de años. [21] La reorganización de los límites de las placas en Islandia también se ha atribuido a la tectónica de microplacas, [18] y existe una microplaca Hreppar independiente.
La escasa visibilidad de la pluma postulada en las imágenes tomográficas del manto inferior y la evidencia geoquímica de eclogita en la fuente del manto han llevado a la teoría de que Islandia no está sustentada por una pluma de manto en absoluto, sino que el vulcanismo allí resulta de procesos relacionados con la tectónica de placas y está restringido al manto superior . [22] [3]
Según uno de esos modelos, una gran parte de la placa subducida de un antiguo océano ha sobrevivido en el manto superior durante varios cientos de millones de años, y su corteza oceánica ahora causa una generación excesiva de fusión y el vulcanismo observado. [18] Este modelo, sin embargo, no está respaldado por cálculos dinámicos, ni es requerido exclusivamente por los datos, y también deja preguntas sin respuesta sobre la estabilidad dinámica y química de tal cuerpo durante ese largo período o el efecto térmico de una fusión tan masiva.
Otro modelo propone que el afloramiento en la región de Islandia es impulsado por gradientes laterales de temperatura entre el manto suboceánico y el cratón vecino de Groenlandia y, por lo tanto, también está restringido a los 200-300 km superiores (120-190 mi) del manto. [23] Sin embargo, este mecanismo de convección probablemente no sea lo suficientemente fuerte en las condiciones que prevalecen en el Atlántico norte, con respecto a la tasa de propagación, y no ofrece una explicación simple para la anomalía geoidal observada.
La información sobre la estructura del interior profundo de la Tierra sólo se puede obtener de forma indirecta mediante métodos geofísicos y geoquímicos. Para la investigación de las columnas postuladas, los métodos gravimétricos , geoidales y, en particular, sismológicos, junto con los análisis geoquímicos de las lavas erupcionadas han demostrado ser especialmente útiles. Los modelos numéricos de los procesos geodinámicos intentan fusionar estas observaciones en una imagen general coherente.
Un método importante para obtener imágenes de estructuras a gran escala en el interior de la Tierra es la tomografía sísmica , mediante la cual el área en consideración se "ilumina" desde todos los lados con ondas sísmicas de terremotos desde tantas direcciones diferentes como sea posible; estas ondas se registran con una red de sismómetros . El tamaño de la red es crucial para la extensión de la región que se puede fotografiar de manera confiable. Para la investigación de la pluma de Islandia, se han utilizado tanto la tomografía global como la regional; en la primera, se obtienen imágenes de todo el manto con una resolución relativamente baja utilizando datos de estaciones de todo el mundo, mientras que en la segunda, una red más densa solo en Islandia obtiene imágenes del manto hasta 400-450 km (250-280 mi) de profundidad con mayor resolución.
Estudios regionales de los años 1990 y 2000 muestran que hay una anomalía de baja velocidad de las ondas sísmicas debajo de Islandia, pero la opinión está dividida en cuanto a si continúa más allá de la zona de transición del manto a aproximadamente 600 km (370 mi) de profundidad. [17] [24] [25] Las velocidades de las ondas sísmicas se reducen hasta en un 3% ( ondas P ) y más del 4% ( ondas S ), respectivamente. Estos valores son consistentes con un pequeño porcentaje de fusión parcial, un alto contenido de magnesio del manto o una temperatura elevada. No es posible separar inequívocamente qué efecto causa la reducción de velocidad observada.
Numerosos estudios han abordado la firma geoquímica de las lavas presentes en Islandia y en el Atlántico norte. El panorama resultante es consistente en varios aspectos importantes. Por ejemplo, no se discute que la fuente del vulcanismo en el manto es química y petrológicamente heterogénea: contiene no solo peridotita , el principal tipo de roca del manto, sino también eclogita, un tipo de roca que se origina a partir del basalto en losas subducidas y es más fácilmente fusionable que la peridotita. [26] [27] Se supone que el origen de esta última es una corteza oceánica metamorfoseada, muy antigua, que se hundió en el manto hace varios cientos de millones de años durante la subducción de un océano, y luego surgió desde las profundidades del manto.
Los estudios que utilizan las composiciones de elementos principales y traza de los volcanes islandeses mostraron que la fuente del vulcanismo actual era aproximadamente 100 °C (212 °F) mayor que la fuente de los basaltos de las dorsales oceánicas. [28]
Las variaciones en las concentraciones de oligoelementos como helio , plomo , estroncio , neodimio y otros muestran claramente que Islandia es compositivamente distinta del resto del Atlántico norte. Un ejemplo de esto se ve en la proporción de isótopos de helio-3 ( 3 He) a helio-4 ( 4 He) . La proporción de helio-3 y helio-4 es un marcador que indica el origen del manto involucrado en las erupciones. El helio-3 se captura durante la acreción planetaria, por lo que se asocia con un manto relativamente más profundo o inferior. El helio-4 se crea a partir de la desintegración de los isótopos progenitores del uranio y el torio. Una proporción baja de 3 He a 4 He está fuertemente correlacionada con erupciones en dorsales oceánicas debido a su fuente de manto poco profunda, mientras que proporciones altas de 3 He a 4 He están correlacionadas con basaltos de islas oceánicas debido a su fuente de manto más profunda. En Islandia se encuentran proporciones altas y bajas de 3 He a 4 He. Los índices altos se asocian con la parte occidental de la isla, mientras que los índices más bajos se asocian con la parte oriental de la isla. [29] Estas tendencias de índices se correlacionan bien con las anomalías geofísicas y la disminución de esta y otras firmas geoquímicas con el aumento de la distancia desde Islandia. Combinadas, indican que la extensión de la anomalía compositiva alcanza unos 1.500 km (930 mi) a lo largo de la dorsal de Reykjanes y al menos 300 km (190 mi) a lo largo de la dorsal de Kolbeinsey . Dependiendo de qué elementos se consideren y de cuán grande sea el área cubierta, se pueden identificar hasta seis componentes diferentes del manto, que no están todos presentes en una única ubicación.
Además, algunos estudios muestran que la cantidad de agua disuelta en los minerales del manto es de dos a seis veces mayor en la región de Islandia que en las partes no perturbadas de las dorsales oceánicas, donde se estima que se encuentra en unas 150 partes por millón. [30] [31] La presencia de una cantidad tan grande de agua en la fuente de las lavas tendería a reducir su punto de fusión y hacerla más productiva para una temperatura dada. También produciría las temperaturas de fusión más altas que se encuentran, que son típicas de los basaltos de las dorsales oceánicas. [13] : 106
El Atlántico Norte se caracteriza por fuertes anomalías a gran escala del campo gravitatorio y del geoide . El geoide se eleva hasta 70 m (230 pies) por encima del elipsoide de referencia geodésico en un área aproximadamente circular con un diámetro de varios cientos de kilómetros. En el contexto de la hipótesis de la pluma, esto se ha explicado por el efecto dinámico de la pluma ascendente que abulta la superficie de la Tierra. [32] Además, la pluma y la corteza engrosada causan una anomalía gravitatoria positiva de aproximadamente 60 mGal (=0,0006 m/s²) (aire libre).
Desde mediados de la década de 1990 se han hecho varios intentos para explicar las observaciones con modelos geodinámicos numéricos de convección del manto . El propósito de estos cálculos fue, entre otras cosas, resolver la paradoja de que una columna ancha con una anomalía de temperatura relativamente baja está en mejor acuerdo con el espesor de la corteza, la topografía y la gravedad observados que una columna delgada y caliente, que se ha invocado para explicar las observaciones sismológicas y geoquímicas. [33] [34] Los modelos más recientes prefieren una columna que sea 180–200 °C (356–392 °F) más caliente que el manto circundante y tenga un tallo con un radio de aproximadamente 100 km (62 mi). [13] : 71 Sin embargo, tales temperaturas aún no han sido confirmadas por la petrología .
Comprender cómo se transporta el magma desde grandes profundidades cerca de la discontinuidad de Moho hasta la superficie tiene implicaciones para comprender la mecánica del movimiento del magma bajo Islandia. Un estudio sobre el flujo de basalto de Borgarhraun ayudó a limitar la velocidad del transporte de magma desde grandes profundidades hasta la superficie. [35] La barometría geotérmica y el análisis estadístico del aluminio dentro de los cristales de olivino permitieron a los investigadores determinar la profundidad en la que se formaron estos cristales y cuánto tiempo tardaron en llegar a la superficie. En este caso, el magma estaba originalmente a una profundidad de 24 km (15 mi). La velocidad resultante de la ascensión del magma se calculó en 0,02-0,1 m/s, de modo que el magma tarda una media de 10 días en llegar a la superficie de Islandia desde la discontinuidad de Moho, lo que es más rápido de lo que se creía anteriormente. [35]
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Portal de volcanes64°24′00″N 17°18′00″O / 64.4000, -17.3000