El hotspot de Islandia es en parte responsable de la alta actividad volcánica que ha formado la meseta de Islandia y la isla de Islandia .
Islandia es una de las regiones volcánicas más activas del mundo, con erupciones que ocurren en promedio aproximadamente cada tres años (en los siglos XX y XXI hasta 2010 hubo 45 erupciones volcánicas en Islandia y sus alrededores). [1] Aproximadamente un tercio de las lavas basálticas que hicieron erupción 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 glaciares. Estallidos , el más reciente en 2010 después de la erupción del Eyjafjallajökull .
La ubicación de Islandia a lo largo de la Cordillera del Atlántico Medio , 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 importante mientras que el resto de la dorsal se encuentra principalmente Está formado por montes submarinos , con picos por debajo del nivel del mar .
Además de ser una región de temperatura más alta 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 mejorar el vulcanismo islandés.
Existe una discusión 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 debajo de Islandia, consistentes con un conducto caliente de 100 km de ancho que se extiende hasta el manto inferior. [4]
Foulger et al. Se cree que la pluma islandesa llega sólo hasta la capa de transición del manto y, por lo tanto, no puede provenir de la misma fuente que Hawaii. [5] Bijwaard y Spakman, sin embargo, creen que la columna islandesa llega hasta el manto y, por lo tanto, proviene de la misma fuente que Hawaii. [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 hotspot hawaiano, no se puede ver tal trayectoria en Islandia.
Se propone que la línea que va desde el volcán Grímsvötn hasta Surtsey muestre el movimiento de la Placa Euroasiática , y que la línea que va desde el volcán Grímsvötn hasta el cinturón volcánico de Reykjanes muestre el movimiento de la Placa Norteamericana. [7]
La columna de Islandia es un supuesto afloramiento de roca anormalmente caliente en el manto de la Tierra debajo de Islandia . Se cree que su origen se encuentra en lo profundo del manto, quizás en el límite entre el núcleo y el manto, a aproximadamente 2.880 km de profundidad. Las opiniones difieren en cuanto a si los estudios sísmicos han obtenido imágenes de una estructura de este tipo. [8] En este marco, se atribuye a esta columna el vulcanismo de Islandia, según la teoría de W. Jason Morgan . [9]
Se cree que una pluma del manto se encuentra debajo de Islandia, del cual se cree que el punto caliente es la expresión superficial, y que la presencia de la pluma realza 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 Cordillera de Reykjanes con respecto a su dirección de expansión y el mayor espesor de la corteza ígnea que se encuentra a lo largo de las Cordilleras meridionales de Aegir y Kolbeinsey pueden ser resultados de la interacción entre la columna y el Dorsal mesoatlantica . [10] Se cree que el tallo de la pluma es bastante estrecho, tal vez de 100 km de ancho y se extiende hasta al menos 400-650 km debajo de la superficie de la Tierra, y posiblemente hasta el límite entre el núcleo y el manto , mientras que la cabeza de la pluma puede tener > 1000 km. kilómetros de diámetro. [10] [11]
Se sugiere que la falta de una trayectoria progresiva en el tiempo de los montes submarinos se debe a la ubicación de la pluma debajo del grueso cratón de Groenlandia durante ~ 15 millones de años después de la ruptura continental, [12] y al posterior atrincheramiento del material de la pluma en el norte del Medio Oriente. -Cordillera Atlántica tras su formación. [10]
Según el modelo de la pluma , la fuente del vulcanismo islandés se encuentra muy por debajo del centro de la isla. Las primeras rocas volcánicas atribuidas a la columna se encuentran a ambos lados del Atlántico. Se ha determinado que sus edades oscilan entre 58 y 64 millones de años. 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 relacionada con la ruptura del continente del Atlántico Norte 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 espesa litosfera continental 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 motivo de desacuerdo entre los científicos [14] , al igual que si se cree que la columna ascendió desde el manto profundo sólo en ese momento o si es mucho más antigua y también responsable de la antigua vulcanismo en el norte de Groenlandia, en la isla Ellesmere y en Alpha Ridge en el Ártico. [15]
A medida que el Atlántico norte se abrió al este de Groenlandia durante el Eoceno, América del Norte y Eurasia se separaron; la Cordillera Medio-Atlántica se formó como un centro de expansión oceánica y una parte del sistema volcánico submarino de dorsales medio-oceánicas . [16] La cabeza de la columna inicial puede haber tenido varios miles de kilómetros de diámetro y hizo erupción de rocas volcánicas a ambos lados de la actual cuenca oceánica para producir la Provincia Ígnea del Atlántico Norte . Tras una mayor apertura del océano y la deriva de las placas, se postula que la columna y la dorsal del Atlántico medio se acercaron y finalmente se encontraron. El exceso de magmatismo que acompañó la transición del vulcanismo de inundación en Groenlandia, Irlanda y Noruega a la actual actividad islandesa fue el resultado del ascenso de la fuente del manto caliente debajo de una litosfera cada vez más delgada, según el modelo de la pluma, o una parte postulada inusualmente productiva de el sistema de dorsales en medio del océano. [17] Algunos geólogos han sugerido que la columna de Islandia podría haber sido responsable del levantamiento paleógeno de las montañas escandinavas al producir cambios en la densidad de la litosfera y la astenosfera durante la apertura del Atlántico Norte. [18] Hacia el sur, el levantamiento Paleógeno de las tierras calcáreas inglesas que dio lugar a la formación de la superficie subpaleógena también se ha atribuido a la columna de Islandia. [19]
Existe una cresta extinta en el oeste de Islandia, 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). El movimiento hacia el oeste de las placas y la cresta sobre la pluma 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 este último todavía hay cierta actividad en forma del volcán Snæfellsjökull . El centro de expansión y, por tanto, la actividad principal, se desplazó nuevamente hacia el este hace 7 a 9 millones de años y formó las zonas volcánicas actuales en el suroeste ( Reykjanes , Hofsjökull ) y noreste ( Tjörnes ). Actualmente, se produce una lenta disminución de la actividad en el noreste, mientras que en el sureste se desarrolla la zona volcánica ( Katla , Vatnajökull ), que se inició hace 3 millones de años. [20] La reorganización de los límites de las placas en Islandia también se ha atribuido a la tectónica de microplacas. [17]
La débil visibilidad del penacho postulado 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 un penacho del manto en absoluto, sino que el vulcanismo allí es el resultado de procesos relacionados a la tectónica de placas y está restringido al manto superior . [21] [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 excesiva generación de derretimiento y el vulcanismo observado. [17] 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 tal derretimiento masivo.
Otro modelo propone que el afloramiento en la región de Islandia está 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 a 300 km superiores del manto. [22] 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 expansión, y no ofrece una explicación simple para la anomalía geoide observada.
La información sobre la estructura del interior profundo de la Tierra sólo puede adquirirse indirectamente mediante métodos geofísicos y geoquímicos. Para la investigación de los penachos postulados, los métodos gravimétricos , geoides y, en particular , sismológicos, junto con los análisis geoquímicos de las lavas en erupción, 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 considerada se "ilumina" desde todos los lados con ondas sísmicas de terremotos provenientes de 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 de la que se pueden obtener imágenes de forma fiable. Para la investigación de la columna de Islandia se ha utilizado la tomografía tanto global como regional; en el primero, se obtienen imágenes de todo el manto con una resolución relativamente baja utilizando datos de estaciones de todo el mundo, mientras que en el segundo, una red más densa solo en Islandia toma imágenes del manto hasta 400-450 km de profundidad con mayor resolución.
Estudios regionales de las décadas de 1990 y 2000 muestran que existe una anomalía de baja velocidad de las ondas sísmicas debajo de Islandia, pero la opinión está dividida en cuanto a si continúa a mayor profundidad que la zona de transición del manto, a aproximadamente 600 km de profundidad. [16] [23] [24] Las velocidades de las ondas sísmicas se reducen hasta 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 distinguir claramente qué efecto provoca 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 sólo 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 fusible que la peridotita. [25] [26] Se supone que el origen de este último es una corteza oceánica muy antigua y metamorfoseada 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 utilizaron las composiciones de elementos principales y oligoelementos de los volcánicos islandeses demostraron que la fuente del vulcanismo actual era aproximadamente 100 °C mayor que la fuente de los basaltos de las dorsales oceánicas. [27]
Las variaciones en las concentraciones de oligoelementos como helio , plomo , estroncio , neodimio y otros muestran claramente que Islandia tiene una composición distinta del resto del Atlántico norte. Un excelente ejemplo de esto se ve en la proporción de isótopos He-3 y He-4. La proporción de He-3 y He-4 es un excelente marcador que indica el origen del manto involucrado en las erupciones. El He-3 se captura durante la acreción planetaria, por lo que se asocia con un manto relativamente más profundo o inferior. El He-4 se crea a partir de la desintegración de los isótopos originales de uranio y torio. Una proporción baja de He-3 a He-4 está fuertemente correlacionada con erupciones en dorsales oceánicas debido a su fuente poco profunda de manto, mientras que las proporciones altas de He-3 a He-4 están correlacionadas con basaltos de islas oceánicas debido a su fuente más profunda de manto. En Islandia se encuentran proporciones altas y bajas de He-3 a He-4. Los índices altos están asociados con la parte occidental de la isla, mientras que los índices más bajos están asociados con la parte oriental de la isla (Harðardóttir et al., 2018). [28] Estas tendencias de proporción se correlacionan bien con las anomalías geofísicas y la disminución de esta y otras firmas geoquímicas a medida que aumenta la distancia desde Islandia. Combinados, indican que la extensión de la anomalía composicional alcanza unos 1.500 km a lo largo de Reykjanes Ridge y al menos 300 km a lo largo de Kolbeinsey Ridge. Dependiendo de qué elementos se consideren y de qué tan grande sea el área cubierta, se pueden identificar hasta seis componentes diferentes del manto, que no están todos presentes en un solo lugar.
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 considera que se encuentra en aproximadamente 150 partes por millón. [29] [30] 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 determinada.
El Atlántico norte se caracteriza por fuertes anomalías a gran escala del campo gravitatorio y del geoide . El geoide se eleva hasta 70 m por encima del elipsoide geodésico de referencia 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. [31] Además, la columna y la corteza engrosada provocan una anomalía de gravedad positiva de aproximadamente 60 mGal (=0,0006 m/s²) (aire libre).
Desde mediados de la década de 1990 se han realizado varios intentos de explicar las observaciones con modelos geodinámicos numéricos de convección del manto . El propósito de estos cálculos era, entre otras cosas, resolver la paradoja de que una columna ancha con una anomalía de temperatura relativamente baja concuerda mejor 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. [32] [33] Los modelos más recientes prefieren una pluma que sea entre 180 y 200 °C más caliente que el manto circundante y que tenga un tallo con un radio de ca. 100 kilómetros. Sin embargo, la petrología aún no ha confirmado estas temperaturas.
Comprender cómo se transporta el magma desde grandes profundidades cerca de la discontinuidad de Moho hasta la superficie tiene grandes implicaciones para comprender la mecánica del movimiento del magma bajo Islandia. En 2019 se llevó a cabo un estudio sobre el flujo de basalto de Borgarhraun para limitar las velocidades de transporte del magma desde grandes profundidades hasta la superficie. [34] 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 les tomó llegar a la superficie. En este caso, el magma se encontraba originalmente a una profundidad de 24 kilómetros. La velocidad resultante de la ascensión del magma se calculó en 0,02-0,1 m/s. Utilizando esa velocidad, descubrieron que un magma tarda una media de 10 días en llegar a la superficie de Islandia desde la discontinuidad de Moho. [35] Usando este ejemplo de un estudio de caso, se puede inferir que los magmas son transportados a la superficie desde grandes profundidades a un ritmo más rápido de lo que se pensaba anteriormente.
Portal de Islandia
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