Un criovolcán (a veces denominado informalmente volcán de hielo ) es un tipo de volcán que hace erupción gases y material volátil como agua líquida , amoníaco e hidrocarburos . El material que hizo erupción se denomina colectivamente criolava ; se origina en un reservorio de criomagma subterráneo . Las erupciones criovolcánicas pueden adoptar muchas formas, como erupciones de fisuras y cortinas, flujos efusivos de criolava y repavimentación a gran escala, y pueden variar mucho en los volúmenes de producción. Inmediatamente después de una erupción, la criolava se congela rápidamente, formando formaciones geológicas y alterando la superficie.
Aunque es raro en el Sistema Solar interior , el criovulcanismo pasado y reciente es común entre los objetos planetarios del Sistema Solar exterior, especialmente en las lunas heladas de los planetas gigantes y potencialmente también entre los planetas enanos . Como tal, el criovulcanismo es importante para las historias geológicas de estos mundos.
Al igual que el vulcanismo en los planetas terrestres , el criovulcanismo es impulsado por el calor interno que se escapa, a menudo suministrado por el calentamiento de las mareas en el caso de las lunas de los planetas gigantes. Sin embargo, los planetas enanos aislados son capaces de retener suficiente calor interno procedente de la formación y la desintegración radiactiva para impulsar el criovulcanismo por sí solos, una observación que ha sido respaldada por observaciones tanto in situ como distantes. [1] [2]
Un desafío importante en los modelos de mecanismos criovolcánicos es que el agua líquida es sustancialmente más densa que el hielo de agua, a diferencia de los silicatos donde el magma líquido es menos denso que la roca sólida. Como tal, el criomagma debe superar esto para poder hacer erupción en la superficie del cuerpo. Se ha propuesto que la exsolvatación de compuestos más volátiles que el agua o la inclusión de varios compuestos puede ayudar a reducir la densidad del criomagma o que, alternativamente, las impurezas en la capa de hielo pueden aumentar su densidad. [3] : 182 El amoníaco puede ser un componente común de los criomagmas y se ha detectado en las columnas de humo de Encelado, la luna de Saturno . Una mezcla eutéctica de amoníaco y agua parcialmente congelada puede flotar positivamente con respecto a la corteza helada, permitiendo su erupción. [4] : 766–767 Alternativamente, la presurización progresiva de un océano subterráneo a medida que se enfría y se congela puede ser suficiente para impulsar el criomagma a ascender a la superficie debido a la propiedad inusual del agua de expandirse al congelarse. La presurización interna del océano no requiere la adición de otros compuestos volátiles, lo que podría explicar el criovulcanismo en las lunas heladas de Júpiter , donde las impurezas dominadas por la sal probablemente sirvan para hacer que el criomagma sea más denso. [5] [3] : 183
El reservorio más común de criomagma son los océanos subterráneos. [3] : 167 Los océanos subterráneos están muy extendidos entre los satélites de los planetas gigantes y se mantienen en gran medida gracias al calentamiento de las mareas . [6] También existe evidencia de océanos subterráneos en los planetas enanos Plutón [7] y, en menor medida, Ceres . [8] [9] Las fracturas en la capa de hielo, causadas por tensiones de mareas diurnas, libración de la capa de hielo, expansión o contracción interna u otras fuentes de tensión, pueden formar conductos directos desde donde el criomagma puede ascender. [3] : 185
Alternativamente, el material puede ascender a través de convección sólida o diferencias de densidad dentro de la capa de hielo, ascendiendo sin la necesidad de fracturas o un océano subterráneo. Luego, el material puede fundirse en bolsas de criomagma subterráneas debido a que el hielo caliente transfiere calor a hielo impuro con un punto de fusión más bajo, que luego puede hacer erupción o formar diapiros . [3] : 189–190
Además de agua, el criomagma puede contener impurezas adicionales, lo que cambia drásticamente sus propiedades.
Se espera que el criovulcanismo explosivo, o erupciones crioclásticas , sea impulsado por la exsolvatación de gases volátiles disueltos a medida que la presión cae mientras el criomagma asciende, de manera muy similar a los mecanismos del vulcanismo explosivo en los planetas terrestres. Mientras que el vulcanismo explosivo terrestre está impulsado principalmente por H 2 O , CO 2 y SO 2 disueltos , el criovulcanismo explosivo puede estar impulsado por metano y monóxido de carbono. Tras la erupción, el material criovolcánico se pulveriza en violentas explosiones muy parecidas a las cenizas volcánicas y la tefra , produciendo material crioclástico . [4] : 768
El criovulcanismo efusivo tiene lugar con poca o ninguna actividad explosiva y, en cambio, se caracteriza por flujos generalizados de criolava que cubren el paisaje preexistente. La estructura resultante depende de la viscosidad del material en erupción. El criovulcanismo efusivo puede hacer resurgir grandes regiones y formar llanuras expansivas y relativamente planas, similares a los volcanes en escudo y las erupciones de inundación de basalto en los planetas terrestres. El material más viscoso que brota no viaja tan lejos y, en cambio, puede construir cúpulas localizadas de alto relieve y edificios más parecidos a las cúpulas de lava . No se han observado casos de criovulcanismo efusivo activo. [3] : 199-200
Ceres sigue siendo el cuerpo criovolcánicamente activo más interno del Sistema Solar. A la llegada del orbitador Dawn , se descubrió que el planeta enano tenía numerosos puntos brillantes (designados como fáculas ) ubicados dentro de varias cuencas de impacto importantes, más prominentemente en el centro del cráter Occator . Estos puntos brillantes están compuestos principalmente de varias sales y se ha planteado la hipótesis de que se formaron a partir de un afloramiento de material subterráneo inducido por el impacto y pueden indicar que Ceres tuvo un océano subterráneo en su pasado. [12] Dawn también descubrió Ahuna Mons y Yamor Mons (anteriormente Ysolos Mons), dos montañas aisladas prominentes que se supone que son cúpulas criovolcánicas jóvenes. [13] Se espera que los domos criovolcánicos eventualmente se desplomen después de extinguirse debido a la relajación viscosa, aplanándolos. Esto explicaría por qué Ahuna Mons parece ser la construcción más prominente de Ceres, a pesar de su edad geológicamente joven. [13]
Europa recibe suficiente calor de las mareas de Júpiter para sostener un océano global de agua líquida y, como tal, la superficie es extremadamente joven, con aproximadamente 60 a 90 millones de años. [14] : 452 [15] Sus características más llamativas, una densa red de líneas, parecen ser los sitios de repavimentación activa en Europa, procediendo de una manera similar a las dorsales oceánicas de la Tierra , [16] y Europa puede experimentar una forma de subducción en su corteza helada. [15]
A pesar de su corta edad superficial, en el pasado se han identificado definitivamente pocos criovolcanes distintos, si es que hay alguno, en la superficie europea. [3] : 193–194 Sin embargo, las observaciones de Europa desde el Telescopio Espacial Hubble insinuaron la existencia de columnas débiles, posiblemente criovolcánicas. [17] Análisis más recientes de algunas características de la superficie europea también han propuesto orígenes criovolcánicos; El terreno caótico de Europa se ha interpretado como el sitio de lagos de criomagma muy poco profundos, [18] y se ha identificado tentativamente un campo de conos criovolcánicos cerca de Argadnel Regio. [19]
La superficie de Ganímedes , como la de Europa, está fuertemente tectonizada pero parece tener pocas características criovolcánicas. [20] La superficie de Ganímedes tiene varias depresiones de forma irregular (denominadas páterae ) que han sido identificadas como candidatas a calderas criovolcánicas. [21]
Encelado, la luna de Saturno , alberga el ejemplo más dramático de criovulcanismo observado hasta ahora, con una serie de respiraderos que arrojan en erupción 250 kg de material por segundo que alimenta el anillo E de Saturno . [22] [23] Estas erupciones tienen lugar en la región del polo sur de Encelado, y se originan en cuatro crestas principales que forman una región conocida informalmente como las Rayas del Tigre . [24] La actividad criovolcánica de Encelado se sustenta en un océano subterráneo global. [25]
Otras regiones de Encelado exhiben un terreno similar al de Tiger Stripes, lo que posiblemente indica que Encelado ha experimentado períodos discretos de criovulcanismo intenso en el pasado. [25]
Titán , la luna de Saturno, tiene una densa capa de neblina atmosférica que oscurece permanentemente las observaciones visibles de las características de su superficie, lo que dificulta especialmente la identificación definitiva de estructuras criovolcánicas. Titán tiene un extenso océano subsuperficial, [26] que fomenta la búsqueda de características criovolcánicas, y se han propuesto varias características como criovolcanes candidatos, en particular Doom Mons . [27] Los lagos y depresiones en las regiones polares de Titán muestran evidencia morfológica de un origen explosivo, lo que lleva a la hipótesis de que se forman a partir de erupciones similares a las de maar. [28]
De los cinco satélites principales de Urano , Miranda y Ariel parecen tener superficies inusualmente jóvenes, indicativas de actividad relativamente reciente. Miranda en particular tiene un terreno extraordinariamente variado. Inverness Corona se encuentra cerca del polo sur de Miranda y se estima que tiene menos de mil millones de años, [29] y se han observado amplias similitudes entre las coronas de Miranda y la región del polo sur de Encelado, lo que lleva a propuestas de que las coronas se formen por la erupción de criomagma viscoso. [30] Ariel también exhibe una repavimentación generalizada, con grandes bloques de corteza poligonales divididos por grandes cañones ( chasmata ) con pisos de tan solo ~ 0,8 ± 0,5 mil millones de años, mientras que las llanuras relativamente planas pueden haber sido el sitio de grandes erupciones de inundaciones. [30]
La evidencia de criovulcanismo relativamente reciente en las otras tres lunas redondas de Urano es menos clara. Titania alberga grandes grabens, y Oberon tiene una enorme montaña de ~11 km de altura observada en su extremidad; Los orígenes precisos de la montaña no están claros, pero se ha propuesto un origen criovolcánico. [30]
Con una edad superficial promedio estimada de 10 a 100 millones de años, y algunas regiones posiblemente tengan solo unos pocos millones de años, Tritón es uno de los mundos geológicamente más activos del Sistema Solar. [31] Se han identificado accidentes geográficos criovolcánicos a gran escala en la superficie joven de Tritón, incluido Leviatán Patera , el aparente respiradero primario de la meseta criovolcánica de Cipango Planum, que es uno de los edificios volcánicos o criovolcánicos más grandes del Sistema Solar. [32] [33] [un]
Tritón alberga cuatro llanuras amuralladas: Ruach Planitia y Tuonela Planitia forman un par norte, y Sipapu Planitia y Ryugu Planitia forman un par sur. Las llanuras amuralladas se caracterizan por acantilados crenulados que encierran una superficie plana y joven con un único grupo de fosas y montículos. [35] : 886 Se ha planteado la hipótesis de que las llanuras amuralladas son lagos criovolcánicos jóvenes y pueden representar las características criovolcánicas más jóvenes de Tritón. [36] [37] : 870; 872 Las regiones alrededor de Ruach y Tuonela presentan depresiones subcirculares más pequeñas adicionales, algunas de las cuales están parcialmente bordeadas por paredes y escarpes. Estas depresiones han sido interpretadas como diapiros, cráteres explosivos, estructuras similares a calderas o cráteres de impacto llenados por flujos de criolava. [38] [36] Al sur de Tuonela Planitia, se ha observado que colinas cónicas aisladas con depresiones centrales se asemejan a conos de ceniza terrestres , posiblemente apuntando a actividad criovolcánica más allá de las llanuras de Tuonela Planitia. [35] : 922
La capa de hielo del polo sur de Tritón está marcada por una multitud de rayas oscuras, probablemente compuestas de tolinas orgánicas depositadas por columnas arrastradas por el viento. Se han observado al menos dos columnas, la columna Mahilani y la columna Hili, y ambas columnas alcanzaron los 8 kilómetros de altitud. [37] : 873 Se ha planteado la hipótesis de que estas columnas son impulsadas por la sublimación subsuperficial del hielo de nitrógeno bajo una exposición prolongada a la luz solar en el verano del hemisferio sur; sin embargo, se ha propuesto alternativamente que las vetas de la pluma puedan representar la lluvia radiactiva de erupciones criovolcánicas. [39]
La superficie del planeta enano Plutón varía dramáticamente en edad, y varias regiones parecen mostrar actividad criovolcánica relativamente reciente. Las estructuras criovolcánicas identificadas de forma más fiable son Wright Mons y Piccard Mons, dos grandes montañas con depresiones centrales que han llevado a hipótesis de que pueden ser criovolcanes con calderas máximas. [40] [41] Las dos montañas están rodeadas por una región inusual de "terreno montañoso" montañoso, y la falta de características de flujo distintas ha llevado a propuestas alternativas de que las estructuras pueden estar formadas por erupciones secuenciales que forman cúpulas, con erupciones cercanas. Coleman Mons es una cúpula independiente más pequeña. [42]
Virgil Fossae, una gran falla dentro de Belton Regio , también puede representar otro sitio de criovulcanismo en Plutón. Grandes flujos se alejan de Virgil Fossae y parecen haber borrado parcialmente el terreno anterior, con varios cráteres cercanos parcialmente llenos de material. [43] Más recientemente, se planteó la hipótesis de que Hekla Cavus se formó a partir de un colapso criovolcánico. [44] De manera similar, el cráter Kiladze se ha propuesto como una caldera formada a partir de una erupción voluminosa. [45]
Aunque Sputnik Planitia representa la superficie más joven de Plutón, no es una estructura criovolcánica; Sputnik Planitia resurge continuamente con el vuelco convectivo del hielo de nitrógeno glacial, impulsado por el calor interno de Plutón y la sublimación en la atmósfera de Plutón. [46]
La dicotomía de la superficie de Caronte indica que una gran sección de su superficie puede haber sido inundada en erupciones grandes y efusivas, similares a los mares lunares . Estas llanuras aluviales forman Vulcan Planitia y pueden haber entrado en erupción cuando el océano interno de Caronte se congeló. [47]
En 2022, observaciones espectroscópicas de baja resolución en el infrarrojo cercano (0,7–5 μm) realizadas por el Telescopio Espacial James Webb (JWST) detectaron hidrocarburos ligeros y moléculas orgánicas complejas en los planetas enanos Quaoar , Gonggong y Sedna , lo que indica que los tres han experimentado fusión interna y diferenciación planetaria en sus pasados. La presencia de volátiles en sus superficies indica que el criovulcanismo puede estar reabasteciendo metano. [2] Las observaciones espectrales del JWST de Eris y Makemake revelaron que las proporciones isotópicas de hidrógeno-deuterio y carbono indicaron que ambos planetas enanos también están reponiendo activamente metano en la superficie, probablemente con la presencia de un océano subterráneo. [48]
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