La evolución de los volcanes hawaianos se produce en varias etapas de crecimiento y declive. Los quince volcanes que forman las ocho islas principales de Hawái son los más jóvenes de una cadena de más de 129 volcanes que se extienden 5.800 kilómetros (3.600 millas) a través del Océano Pacífico Norte , llamada la cadena de montes submarinos Hawái-Emperador . [1] Los volcanes de Hawái se elevan un promedio de 4.600 metros (15.000 pies) para alcanzar el nivel del mar desde su base. [2] El más grande, Mauna Loa , tiene 4.169 metros (13.678 pies) de altura. [2] Como volcanes escudo , se forman por flujos de lava acumulados, creciendo unos pocos metros o pies a la vez para formar una forma amplia y de suave pendiente. [2]
Las islas hawaianas experimentan un patrón sistemático de crecimiento submarino y subaéreo, seguido de erosión. La etapa de desarrollo de una isla refleja su distancia del punto crítico de Hawái .
La cadena de montes submarinos Hawái-Emperor es notable por su longitud y su número de volcanes. La cadena está dividida en dos subsecciones a través de una ruptura, que separa la cadena de montes submarinos más antigua de la cordillera hawaiana más joven; la curva en forma de V de la cadena se nota fácilmente en los mapas. [1] Los volcanes son progresivamente más jóvenes hacia el sureste; el volcán más antiguo datado, ubicado en el extremo norte, tiene 81 millones de años. La ruptura entre las dos subcadenas es de 43 millones de años; en comparación, la más antigua de las islas principales, Kauaʻi , tiene poco más de 5 millones de años. [1]
La "cadena de montaje" que forma los volcanes es impulsada por un punto caliente , una columna de magma en las profundidades de la Tierra que produce lava en la superficie. A medida que la placa del Pacífico se mueve en dirección oeste-noroeste, cada volcán se mueve con ella alejándose de su lugar de origen por encima del punto caliente. La edad y la ubicación de los volcanes son un registro de la dirección, la velocidad de movimiento y la orientación de la placa del Pacífico . La pronunciada ruptura de 43 millones de años que separa la dorsal hawaiana de la cadena Emperor marca un cambio dramático en la dirección del movimiento de las placas. [1]
Las erupciones volcánicas iniciales en aguas más profundas se caracterizan por lava almohadillada , llamada así por su forma, mientras que las erupciones en aguas poco profundas tienden a estar compuestas principalmente de ceniza volcánica . Una vez que el volcán es lo suficientemente alto como para eliminar la interferencia del agua, sus flujos de lava se convierten en los de lava pāhoehoe en forma de cuerda y lava ʻAʻā en forma de bloques . [1]
Nuestra comprensión actual del proceso de evolución se remonta a la primera mitad del siglo XX. La observación frecuente de erupciones volcánicas, el estudio de tipos de rocas contrastantes y la cartografía de reconocimiento ayudaron a comprenderlo. Más recientemente, nuestra comprensión se vio facilitada por estudios geofísicos, estudios submarinos en alta mar, la aparición de la datación radiactiva, avances en petrología y geoquímica, vigilancia y monitoreo avanzados y estudios geológicos detallados. [3] La proporción de magnesio y sílice en la lava es un signo de la etapa en la que se encuentra el volcán, ya que con el tiempo las lavas del volcán pasan de ser alcalinas a toleíticas y luego vuelven a ser alcalinas. [3]
Aunque el vulcanismo y la erosión son los principales factores en el crecimiento y la denudación de un volcán, también intervienen otros factores. Se sabe que se produce subsidencia. Los cambios en el nivel del mar, que se produjeron principalmente durante el Pleistoceno , han provocado cambios drásticos; un ejemplo es la desintegración de Maui Nui , inicialmente una isla de siete volcanes, que se transformó en cinco islas como resultado de la subsidencia. Las altas precipitaciones debido al efecto de los vientos alisios afectan la gravedad de la erosión en muchos de los volcanes principales. Los derrumbes de la costa, una parte notable de la historia de muchos de los volcanes hawaianos, suelen ser devastadores y destruyen grandes partes de los volcanes. [3]
Cuando se forma un volcán cerca del punto caliente hawaiano, comienza su crecimiento en la etapa de preescudo submarino, que se caracteriza por erupciones poco frecuentes y, por lo general, de bajo volumen. El volcán tiene lados empinados y, por lo general, tiene una caldera definida y dos o más zonas de rift que irradian desde la cima. El tipo de lava que brota en esta etapa de actividad es basalto alcalino . [4] Debido a las fuerzas de estiramiento, es común el desarrollo de dos o más zonas de rift . La lava se acumula en un depósito de almacenamiento de magma poco profundo. [5]
Debido a que las erupciones ocurren con el volcán bajo el agua, la forma de lava que normalmente brota es lava almohadillada . La lava almohadillada son bolas redondeadas de lava que tuvieron muy poco tiempo para enfriarse debido a la exposición inmediata al agua. La presión del agua evita que la lava explote al entrar en contacto con el agua fría del océano, lo que la obliga a hervir a fuego lento y solidificarse rápidamente. Se cree que esta etapa dura unos 200.000 años, pero las lavas que brotan durante esta etapa representan solo una pequeña fracción del volumen final del volcán. [1] A medida que pasa el tiempo, las erupciones se vuelven más fuertes y frecuentes.
El único ejemplo de un volcán hawaiano en esta etapa es el monte submarino Kamaʻehuakanaloa (anteriormente Lōʻihi), que se cree que está en transición desde la etapa de preescudo submarino a la fase submarina de la etapa de escudo. Todos los volcanes más antiguos han tenido sus lavas de la etapa de preescudo sepultadas por lavas más jóvenes, por lo que todo lo que se sabe sobre esta etapa proviene de la investigación realizada en el monte submarino Kamaʻehuakanaloa . [1]
La etapa de escudo del volcán se subdivide en tres fases: submarina, explosiva y subaérea. Durante esta etapa de crecimiento, el volcán acumula alrededor del 95 por ciento de su masa y adquiere la forma de "escudo" que le da nombre a los volcanes escudo . También es la etapa en la que la frecuencia eruptiva del volcán alcanza su pico. [4]
A medida que las erupciones se vuelven cada vez más frecuentes al final de la etapa de preescudo, la composición de la lava que brota del volcán hawaiano cambia de basalto alcalino a basalto toleítico y el volcán entra en la fase submarina de la etapa de escudo. En esta fase, el volcán continúa expulsando lava almohadillada. Las calderas se forman, se llenan y se reforman en la cima del volcán y las zonas de rift siguen siendo prominentes. El volcán se abre camino hasta el nivel del mar. La fase submarina termina cuando el volcán está sumergido solo superficialmente. [4]
El único ejemplo de un volcán en esta etapa es el monte submarino Kamaʻehuakanaloa, que ahora está en transición hacia esta fase desde la etapa de preescudo.
Esta fase volcánica, llamada así por las reacciones explosivas con lava que se producen, comienza cuando el volcán sale a la superficie. La presión y el enfriamiento instantáneo de estar bajo el agua se detienen, y en su lugar entra en contacto con el aire. La lava y el agua de mar entran en contacto de forma intermitente, lo que da lugar a una gran cantidad de vapor. [1] El cambio de entorno también genera un cambio en el tipo de lava, y la lava de esta etapa se fragmenta en su mayor parte en cenizas volcánicas. Estas erupciones explosivas continúan de forma intermitente durante varios cientos de miles de años. [1] Las calderas se desarrollan y se llenan continuamente, y las zonas de rift siguen siendo prominentes. La fase termina cuando el volcán tiene suficiente masa y altura (unos 1.000 metros (3.000 pies) sobre el nivel del mar) como para que la interacción entre el agua de mar y la lava en erupción se desvanezca. [1]
Una vez que un volcán ha ganado suficiente masa y altura para terminar con el contacto frecuente con el agua, comienza la subetapa subaérea . Durante esta etapa de actividad, las erupciones explosivas se vuelven mucho menos frecuentes y la naturaleza de las erupciones se vuelve mucho más suave. Los flujos de lava son una combinación de pāhoehoe y ʻaʻā. [1] Es durante esta etapa que se forma la forma de " escudo " de perfil bajo de los volcanes hawaianos, llamada así por la forma del escudo de un guerrero. [4] Las tasas y frecuencias de erupción alcanzan su pico máximo, y aproximadamente el 95% del volumen final del volcán se forma durante un período de aproximadamente 500.000 años. [1]
La lava que brota en esta etapa forma flujos de pāhoehoe o ʻaʻā. Durante esta etapa subaérea, los flancos de los volcanes en crecimiento son inestables y, como resultado, pueden ocurrir grandes deslizamientos de tierra . Se han producido al menos 17 deslizamientos de tierra importantes alrededor de las principales islas hawaianas. Esta etapa es posiblemente la más estudiada, ya que todas las erupciones que ocurrieron en el siglo XX en la isla de Hawai fueron producidas por volcanes en esta fase. [4]
Los volcanes Mauna Loa y Kīlauea se encuentran en esta fase de actividad.
A medida que el volcán llega al final de la etapa de escudo, pasa por otra serie de cambios hasta entrar en la etapa de postescudo. El tipo de lava que brota cambia de basalto toleítico a basalto alcalino y las erupciones se vuelven ligeramente más explosivas. [4]
Las erupciones en la etapa post-escudo cubren el volcán con un caparazón de lava, que contiene un bajo contenido de sílice y un alto contenido de álcali, lo opuesto a la etapa anterior. Sin embargo, algunos volcanes hawaianos divergen de esto. La lava entra en erupción como flujos pastosos y robustos de ʻaʻā junto con una gran cantidad de ceniza . [1] El desarrollo de la caldera se detiene y las zonas de rift se vuelven menos activas. Los nuevos flujos de lava aumentan la pendiente, ya que la ʻaʻā nunca llega a la base del volcán. Estas lavas comúnmente llenan y desbordan la caldera . [1] La tasa de erupción disminuye gradualmente durante un período de aproximadamente 250.000 años, y finalmente se detiene por completo cuando el volcán queda inactivo . [1]
Los volcanes Mauna Kea , Hualālai y Haleakalā se encuentran en esta etapa de actividad.
Después de que el volcán se vuelve inactivo, las fuerzas de erosión toman el control de la montaña. El volcán se hunde en la corteza oceánica debido a su inmenso peso y pierde elevación. Mientras tanto, la lluvia también erosiona el volcán, creando valles profundamente excavados. Los arrecifes de coral crecen a lo largo de la costa. El volcán se convierte en un esqueleto de lo que fue. [4]
Los volcanes Kohala , Māhukona , Lānaʻi y Waiʻanae son ejemplos de volcanes en esta etapa de desarrollo.
Después de un largo período de inactividad y erosión de la superficie, el volcán puede volver a activarse y entrar en una etapa final de actividad llamada etapa de rejuvenecimiento. Durante esta etapa, el volcán expulsa pequeños volúmenes de lava con muy poca frecuencia. Estas erupciones suelen extenderse a lo largo de varios millones de años. [1] La composición de las lavas que erupcionan en esta etapa suele ser alcalina. La etapa ocurre comúnmente entre 0,6 y 2 millones de años después de haber entrado en el ciclo de meteorización. [6]
Los volcanes de la cordillera Ko'olau y de West Maui son ejemplos de volcanes en esta etapa de desarrollo. Sin embargo, cabe señalar que, como en esta etapa las erupciones son muy poco frecuentes (ocurren con miles o incluso decenas de miles de años de diferencia), la erosión sigue siendo el factor principal que controla el desarrollo del volcán. Después de esta etapa, el volcán se extingue y nunca vuelve a entrar en erupción.
Finalmente, la erosión y el hundimiento hacen que el volcán descienda hasta el nivel del mar. En este punto, el volcán se convierte en un atolón, con un anillo de islas de coral y arena que rodean una laguna . Todas las islas hawaianas al oeste de los pináculos Gardner en las islas hawaianas del noroeste se encuentran en esta etapa.
Los atolones son el producto del crecimiento de organismos marinos tropicales , por lo que este tipo de isla solo se encuentra en aguas tropicales cálidas . Finalmente, la placa del Pacífico lleva al atolón volcánico a aguas demasiado frías para que estos organismos marinos mantengan un arrecife de coral mediante el crecimiento. [1] Las islas volcánicas ubicadas más allá de los requisitos de temperatura del agua cálida de los organismos constructores de arrecifes se convierten en montes submarinos a medida que se hunden y se erosionan en la superficie. Una isla que se encuentra donde las temperaturas del agua del océano son lo suficientemente cálidas para que el crecimiento ascendente del arrecife siga el ritmo de la tasa de hundimiento se dice que está en el punto Darwin . [4] Las islas en latitudes más septentrionales evolucionan hacia montes submarinos o guyots; las islas más cercanas al ecuador evolucionan hacia atolones (véase Atolón de Kure ).
Después de que el arrecife muere, el volcán se hunde o se erosiona por debajo del nivel del mar y se convierte en un monte submarino cubierto de coral. Estos montes submarinos de cima plana se llaman guyots . La mayoría, si no todos, de los volcanes al oeste del atolón de Kure, así como la mayoría, si no todos, de los volcanes de la cadena de montes submarinos Emperador , son guyots o montes submarinos . [4] Finalmente, el guyot será llevado a una placa de subducción donde será destruido como el monte submarino Meiji en unos pocos millones de años.
No todos los volcanes hawaianos pasan por todas estas etapas de actividad. Un ejemplo es la cordillera Koʻolau en Oʻahu , que fue devastada prehistóricamente por un deslizamiento de tierra cataclísmico , nunca pasó por la etapa posterior a la formación de escudo y permaneció inactiva durante cientos de miles de años después de la etapa de escudo antes de volver a la actividad. Algunos volcanes nunca llegaron a estar por encima del nivel del mar; no hay evidencia que sugiera que West Molokai haya pasado por la etapa de rejuvenecimiento, mientras que sus vecinos más jóvenes, East Molokai y West Maui , evidentemente lo han hecho. Actualmente se desconoce en qué etapa de desarrollo se encuentra el volcán sumergido de Penguin Bank . [4]
En los últimos años, las investigaciones realizadas en otros montes submarinos, como por ejemplo el monte submarino Jasper (frente a la costa oeste de México), han confirmado que el modelo hawaiano se aplica también a otros montes submarinos. [7]