El hotspot de Hawái es un punto de acceso volcánico ubicado cerca de las islas hawaianas del mismo nombre , en el norte del Océano Pacífico . Uno de los puntos críticos más conocidos y estudiados intensivamente del mundo, [1] [2] la columna de Hawaii es responsable de la creación de la cadena de montes submarinos Hawai-Emperador , una cadena montañosa volcánica de 6.200 kilómetros (3.900 millas), en su mayoría submarina. Cuatro de estos volcanes están activos , dos están inactivos ; más de 123 están extintos y la mayoría ahora se conservan como atolones o montes submarinos . La cadena se extiende desde el sur de la isla de Hawai hasta el borde de la Fosa de las Aleutianas , cerca de la costa oriental de Rusia .
Si bien la mayoría de los volcanes se crean por actividad geológica en los límites de las placas tectónicas , el hotspot de Hawái se encuentra lejos de los límites de las placas. La teoría clásica de los puntos calientes, propuesta por primera vez en 1963 por John Tuzo Wilson , [3] propone que una única columna de manto fija forma volcanes que luego, aislados de su fuente por el movimiento de la Placa del Pacífico , se vuelven cada vez más inactivos y eventualmente se erosionan debajo. nivel del mar durante millones de años. Según esta teoría, la curva de casi 60° donde se unen los segmentos Emperador y Hawaiano de la cadena fue causada por un cambio repentino en el movimiento de la Placa del Pacífico. En 2003, nuevas investigaciones sobre esta irregularidad condujeron a la propuesta de una teoría de los puntos calientes móviles, sugiriendo que los puntos calientes son móviles, no fijos, y que la curva de 47 millones de años fue causada por un cambio en el movimiento del punto caliente en lugar de la platos.
Los antiguos hawaianos fueron los primeros en reconocer la edad cada vez mayor y el estado de degradación de los volcanes del norte a medida que avanzaban en sus expediciones de pesca a lo largo de las islas. El estado volátil de los volcanes hawaianos y su constante batalla con el mar fue un elemento importante en la mitología hawaiana , encarnada en Pele , la deidad de los volcanes. Después de la llegada de los europeos a la isla, en 1880-1881 James Dwight Dana dirigió el primer estudio geológico formal de los volcanes del hotspot, confirmando la relación observada durante mucho tiempo por los nativos. El Observatorio de Volcanes de Hawaii fue fundado en 1912 por el vulcanólogo Thomas Jaggar , iniciando la observación científica continua de las islas. En la década de 1970, se inició un proyecto de mapeo para obtener más información sobre la compleja geología del fondo marino de Hawái.
Desde entonces, se han obtenido imágenes tomográficas del punto caliente , que muestra que tiene entre 500 y 600 km (310 a 370 millas) de ancho y hasta 2000 km (1200 millas) de profundidad, y los estudios basados en olivino y granate han demostrado que su cámara de magma tiene aproximadamente 1500 °. C (2730 °F). En sus al menos 85 millones de años de actividad, el hotspot ha producido aproximadamente 750.000 km 3 (180.000 millas cúbicas) de roca. La velocidad de deriva de la cadena ha aumentado lentamente con el tiempo, lo que ha provocado que la cantidad de tiempo que cada volcán individual esté activo disminuya, de 18 millones de años para el monte submarino de Detroit , de 76 millones de años , a poco menos de 900.000 para el de un millón de años. Kohala , de un año ; por otro lado, el volumen eruptivo ha aumentado de 0,01 km 3 (0,002 cu mi) por año a aproximadamente 0,21 km 3 (0,050 cu mi). En general, esto ha provocado una tendencia hacia volcanes más activos, pero rápidamente silenciados y estrechamente espaciados, mientras que los volcanes en el lado cercano del punto caliente se superponen entre sí (formando superestructuras como la isla de Hawai y el antiguo Maui Nui ), el más antiguo del Emperador. Los montes submarinos están espaciados hasta 200 km (120 millas).
Las placas tectónicas generalmente concentran la deformación y el vulcanismo en los límites de las placas . Sin embargo, el punto de acceso de Hawái está a más de 3200 kilómetros (1988 millas) del límite de la placa más cercana; [1] mientras lo estudiaba en 1963, el geofísico canadiense J. Tuzo Wilson propuso la teoría de los puntos calientes para explicar estas zonas de vulcanismo tan alejadas de las condiciones regulares, [3] una teoría que desde entonces ha tenido una amplia aceptación. [4]
Wilson propuso que la convección del manto produce pequeños afloramientos calientes y flotantes bajo la superficie de la Tierra; Estas columnas de manto térmicamente activas suministran magma que a su vez sustenta una actividad volcánica duradera. Este vulcanismo de "placa media" construye picos que se elevan desde un fondo marino relativamente monótono, inicialmente como montes submarinos y más tarde como islas volcánicas de pleno derecho . La placa tectónica local (en el caso del hotspot de Hawái, la Placa del Pacífico ) pasa gradualmente sobre el hotspot, arrastrando consigo sus volcanes sin afectar la columna. Durante cientos de miles de años, el suministro de magma de un volcán individual se va cortando lentamente, provocando finalmente su extinción. Ya no es lo suficientemente activo como para dominar la erosión, el volcán retrocede lentamente bajo las olas, convirtiéndose nuevamente en una montaña submarina. A medida que continúa el ciclo, un nuevo centro volcánico perfora la corteza y surge de nuevo una isla volcánica. El proceso continúa hasta que la propia columna del manto colapsa. [1]
Este ciclo de crecimiento y latencia une volcanes durante millones de años, dejando un rastro de islas volcánicas y montes submarinos a lo largo del fondo del océano. Según la teoría de Wilson, los volcanes hawaianos deberían ser progresivamente más viejos y erosionados cuanto más se alejan del hotspot, y esto es fácilmente observable; la roca más antigua de las principales islas hawaianas, la de Kaua'i , tiene aproximadamente 5,5 millones de años y está profundamente erosionada, mientras que la roca de la isla de Hawai'i tiene una edad comparativamente joven de 0,7 millones de años o menos, con nueva lava en erupción constante en Kīlauea , la centro actual del hotspot. [1] [5] Otra consecuencia de su teoría es que la longitud y orientación de la cadena sirve para registrar la dirección y velocidad del movimiento de la Placa del Pacífico . Una característica importante del sendero hawaiano es una curva "repentina" de 60 grados en una sección de su longitud de entre 40 y 50 millones de años de antigüedad y, según la teoría de Wilson, esto es evidencia de un cambio importante en la dirección de las placas. uno que habría iniciado la subducción a lo largo de gran parte del límite occidental de la Placa del Pacífico. [6] Esta parte de la teoría ha sido cuestionada recientemente, y la curvatura podría atribuirse al movimiento del propio punto de acceso. [7]
Los geofísicos creen que los puntos calientes se originan en uno de los dos límites principales en las profundidades de la Tierra, ya sea una interfaz poco profunda en el manto inferior entre una capa convectiva del manto superior y una capa inferior no convectativa, o una D'' más profunda ("D doble prima ") capa, de aproximadamente 200 kilómetros (120 millas) de espesor e inmediatamente por encima del límite núcleo-manto . [8] Una pluma del manto se iniciaría en la interfaz cuando la capa inferior más cálida calienta una porción de la capa superior más fría. Esta porción calentada, flotante y menos viscosa de la capa superior se volvería menos densa debido a la expansión térmica y se elevaría hacia la superficie como una inestabilidad de Rayleigh-Taylor . [8] Cuando la columna del manto llega a la base de la litosfera , la columna la calienta y produce derretimiento. Este magma luego sube a la superficie, donde entra en erupción en forma de lava . [9]
Los argumentos a favor de la validez de la teoría del hotspot generalmente se centran en la progresión constante de la edad de las islas hawaianas y las características cercanas: [10] una curva similar en el sendero del hotspot de Macdonald , la cadena de montes submarinos de las Islas Austral-Marshall, ubicada justo al sur; [11] otros puntos críticos del Pacífico siguen la misma tendencia progresiva de sureste a noroeste en posiciones relativas fijas; [12] [13] y estudios sismológicos de Hawái que muestran un aumento de las temperaturas en el límite entre el núcleo y el manto, lo que evidencia una pluma del manto. [14]
Otra hipótesis es que las anomalías de fusión se forman como resultado de la extensión litosférica, lo que permite que la masa fundida preexistente suba a la superficie. Estas anomalías de derretimiento normalmente se denominan "puntos calientes", pero según la hipótesis de fuente poco profunda, el manto subyacente no es anormalmente caliente. En el caso de la cadena de montes submarinos Hawai-Emperador, el sistema de límites de la placa del Pacífico era muy diferente alrededor de 80 millones de años , cuando la cadena de montes submarinos Emperador comenzó a formarse. Hay evidencia de que la cadena comenzó en una cresta en expansión (la Cordillera Pacífico-Kula ) que ahora se ha subducido en la fosa de las Aleutianas. [15] El lugar de extracción del derretimiento puede haber migrado desde la cresta hacia el interior de la placa, dejando un rastro de vulcanismo detrás de él. Esta migración puede haber ocurrido porque esta parte de la placa se extendía para acomodar la tensión intraplaca. Por lo tanto, se podría haber mantenido una región de larga duración de escape del derretimiento. Los partidarios de esta hipótesis argumentan que las anomalías en la velocidad de las ondas observadas en los estudios tomográficos sísmicos no pueden interpretarse de manera confiable como afloramientos calientes que se originan en el manto inferior. [16] [17]
El elemento más cuestionado de la teoría de Wilson es si los puntos calientes están realmente fijos en relación con las placas tectónicas suprayacentes. Las muestras de perforación , recolectadas por científicos ya en 1963, sugieren que el punto de acceso puede haberse desplazado con el tiempo, a un ritmo relativamente rápido de aproximadamente 4 centímetros (1,6 pulgadas) por año durante las eras del Cretácico tardío y Paleógeno temprano (81–47 millones de años). ); [18] en comparación, la Cordillera del Atlántico Medio se extiende a un ritmo de 2,5 cm (1,0 pulgadas) por año. [1] En 1987, un estudio publicado por Peter Molnar y Joann Stock encontró que el punto de acceso se mueve en relación con el Océano Pacífico; sin embargo, interpretaron esto como el resultado de los movimientos relativos de las placas de América del Norte y del Pacífico y no como el del propio punto caliente. [19] [20]
En 2021, los investigadores propusieron un modelo de punto crítico de Hawái en tres etapas. [21] La primera etapa tiene la interacción de la columna de cresta en la que el punto crítico de Hawaii alimentó la cresta Izanagi-Pacífico o Kula-Pacífico. Este período implicó la creación de una corteza oceánica joven y la formación de los montes submarinos Meji y Detroit. La segunda etapa implicó los movimientos mutuos de la placa del Pacífico y el hotspot de Hawaii. Es posible, como lo respaldan los modelos gravitacionales, que durante este período el punto caliente de Hawaii se haya desplazado entre 4 y 9 grados hacia el sur, en contraste con el movimiento de la Placa del Pacífico hacia el norte. La tercera etapa ha continuado el movimiento de la placa del Pacífico, con el estancamiento del hotspot de Hawaii. [21]
En 2001, el Programa de Perforación Oceánica (que desde entonces se fusionó con el Programa Integrado de Perforación Oceánica ), un esfuerzo de investigación internacional para estudiar los fondos marinos del mundo, financió una expedición de dos meses a bordo del buque de investigación JOIDES Resolución para recolectar muestras de lava de cuatro montes submarinos sumergidos Emperador. El proyecto perforó los montes submarinos Detroit , Nintoku y Koko , todos los cuales se encuentran en el extremo noroeste de la cadena, la sección más antigua. [22] [23] Estas muestras de lava fueron analizadas en 2003, sugiriendo un punto caliente móvil hawaiano y un cambio en su movimiento como la causa de la curvatura. [7] [24] El científico principal John Tarduno dijo a National Geographic :
La curva de Hawaii se utilizó como ejemplo clásico de cómo una placa grande puede cambiar de movimiento rápidamente. Puede encontrar un diagrama de la curva Hawaii-Emperador incluido en casi todos los libros de texto de introducción a la geología que existen. Realmente es algo que te llama la atención." [24]
A pesar del gran cambio, el cambio de dirección nunca fue registrado por declinaciones magnéticas , orientaciones de zonas de fractura o reconstrucciones de placas ; tampoco podría haber ocurrido una colisión continental lo suficientemente rápido como para producir una curvatura tan pronunciada en la cadena. [25] Para probar si la curvatura fue el resultado de un cambio en la dirección de la Placa del Pacífico, los científicos analizaron la geoquímica de las muestras de lava para determinar dónde y cuándo se formaron. La edad se determinó mediante la datación radiométrica de isótopos radiactivos de potasio y argón . Los investigadores estimaron que los volcanes se formaron durante un período hace entre 81 y 45 millones de años. Tarduno y su equipo determinaron dónde se formaron los volcanes analizando la roca en busca del mineral magnético magnetita . Mientras la lava caliente de una erupción volcánica se enfría, pequeños granos dentro de la magnetita se alinean con el campo magnético de la Tierra y se fijan en su lugar una vez que la roca se solidifica. Los investigadores pudieron verificar las latitudes en las que se formaron los volcanes midiendo la orientación de los granos dentro de la magnetita. Los paleomagnetistas concluyeron que el punto caliente hawaiano se había desplazado hacia el sur en algún momento de su historia y que, hace 47 millones de años, el movimiento del punto caliente hacia el sur se desaceleró considerablemente, tal vez incluso deteniéndose por completo. [22] [24]
Los antiguos hawaianos sospechaban la posibilidad de que las islas hawaianas se hicieran más antiguas a medida que una se desplazaba hacia el noroeste mucho antes de que llegaran los europeos. Durante sus viajes, los marineros hawaianos notaron diferencias en la erosión, la formación del suelo y la vegetación, lo que les permitió deducir que las islas del noroeste ( Niʻihau y Kauaʻi ) eran más antiguas que las del sureste (Maui y Hawaiʻi). [1] La idea se transmitió de generación en generación a través de la leyenda de Pele , la diosa hawaiana de los volcanes.
Pele nació del espíritu femenino Haumea , o Hina , quien, como todos los dioses y diosas hawaianos, descendía de los seres supremos, Papá, o Madre Tierra , y Wakea , o Padre Cielo . [26] : 63 [27] Según el mito, Pele vivía originalmente en Kauai, cuando su hermana mayor Nāmaka , la diosa del mar, la atacó por seducir a su marido. Pelé huyó al sureste, a la isla de Oahu. Cuando Nāmaka la obligó a huir nuevamente, Pele se mudó al sureste de Maui y finalmente a Hawai'i, donde todavía vive en Halema'uma'u en la cima del Kilauea . Allí estaba a salvo, porque las laderas del volcán son tan altas que ni siquiera las poderosas olas de Nāmaka podían alcanzarla. El mítico vuelo de Pele, que alude a una eterna lucha entre islas volcánicas y olas del océano, es consistente con la evidencia geológica de que las edades de las islas disminuyen hacia el sureste. [1] [18]
Tres de los primeros observadores registrados de los volcanes fueron los científicos escoceses Archibald Menzies en 1794, [28] James Macrae en 1825, [29] y David Douglas en 1834. Sólo llegar a las cumbres resultó desalentador: Menzies hizo tres intentos para ascender el Mauna Loa. y Douglas murió en las laderas de Mauna Kea . La Expedición Exploradora de los Estados Unidos pasó varios meses estudiando las islas en 1840-1841. [30] El geólogo estadounidense James Dwight Dana estaba en esa expedición, al igual que el teniente Charles Wilkes , quien pasó la mayor parte del tiempo liderando un equipo de cientos de personas que arrastraron un péndulo de Kater hasta la cima de Mauna Loa para medir la gravedad. Dana se quedó con el misionero Titus Coan , quien le proporcionaría décadas de observaciones de primera mano. [31] Dana publicó un breve artículo en 1852. [32]
Dana siguió interesado en el origen de las islas hawaianas y dirigió un estudio más profundo en 1880 y 1881. Confirmó que la edad de las islas aumentaba con su distancia de la isla más sureste al observar diferencias en su grado de erosión. También sugirió que muchas otras cadenas de islas en el Pacífico mostraron un aumento general similar en edad del sureste al noroeste. Dana concluyó que la cadena hawaiana constaba de dos cadenas volcánicas, ubicadas a lo largo de caminos curvos distintos pero paralelos. Acuñó los términos "Loa" y "Kea" para las dos tendencias destacadas. La tendencia Kea incluye los volcanes de Kīlauea , Mauna Kea , Kohala , Haleakalā y West Maui . La tendencia Loa incluye Lōiʻhi , Mauna Loa , Hualālai , Kahoʻolawe , Lānaʻi y West Molokaʻi . Dana propuso que la alineación de las islas hawaianas reflejaba actividad volcánica localizada a lo largo de una zona de fisura importante. La teoría de la "gran fisura" de Dana sirvió como hipótesis de trabajo para estudios posteriores hasta mediados del siglo XX. [25]
El trabajo de Dana fue seguido por la expedición de 1884 del geólogo CE Dutton , quien refinó y amplió las ideas de Dana. En particular, Dutton estableció que la isla de Hawaii en realidad albergaba cinco volcanes, mientras que Dana contó tres. Esto se debe a que Dana originalmente había considerado a Kīlauea como un respiradero lateral de Mauna Loa y a Kohala como parte de Mauna Kea. Dutton también refinó otras de las observaciones de Dana, y se le atribuye el nombramiento de lavas de tipo 'a'ā y pāhoehoe , aunque Dana también había notado una distinción. Estimulado por la expedición de Dutton, Dana regresó en 1887 y publicó muchos relatos de su expedición en el American Journal of Science . En 1890 publicó el manuscrito más detallado de su época, que siguió siendo la guía definitiva del vulcanismo hawaiano durante décadas. En 1909 se publicaron dos libros importantes sobre los volcanes de Hawaii ( "Los volcanes de Kilauea y Mauna Loa" de WT Brigham y "Hawaii y sus volcanes" de CH Hitchcock). [33] : 154-155
En 1912, el geólogo Thomas Jaggar fundó el Observatorio de Volcanes de Hawai . La instalación pasó a manos de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica en 1919 y en 1924 del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), lo que marcó el inicio de la observación continua de volcanes en la isla de Hawái. El siglo siguiente fue un período de investigaciones exhaustivas, marcado por las contribuciones de muchos científicos destacados. El primer modelo evolutivo completo fue formulado por primera vez en 1946 por el geólogo e hidrólogo del USGS Harold T. Stearns. Desde entonces, los avances (por ejemplo, métodos mejorados de datación de rocas y etapas volcánicas submarinas) han permitido el estudio de áreas de observación previamente limitadas. [33] : 157 [34]
En la década de 1970, se cartografió el fondo marino hawaiano utilizando un sonar basado en barcos . Los datos computarizados de SYNBAPS (Sistema de perfiles batimétricos sintéticos) [35] llenaron los vacíos entre las mediciones batimétricas del sonar basado en barcos . [36] [37] De 1994 a 1998 [38] la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología Marina-Tierra (JAMSTEC) cartografió Hawaii en detalle y estudió su fondo oceánico, convirtiéndolo en una de las características marinas mejor estudiadas del mundo. El proyecto JAMSTEC, una colaboración con el USGS y otras agencias, empleó sumergibles tripulados , vehículos submarinos operados remotamente , muestras de dragado y muestras de núcleos . [39] El sistema de sonar de barrido lateral multihaz EM300 de Simrad recopiló datos de batimetría y retrodispersión . [38]
Se han obtenido imágenes del punto de acceso de Hawái mediante tomografía sísmica y se estima que tiene entre 500 y 600 km (310 a 370 millas) de ancho. [40] [41] Las imágenes tomográficas muestran una delgada zona de baja velocidad que se extiende hasta una profundidad de 1500 km (930 millas), que se conecta con una gran zona de baja velocidad que se extiende desde una profundidad de 2000 km (1200 millas) hasta el núcleo. límite del manto . Estas zonas de baja velocidad sísmica a menudo indican material del manto más caliente y más flotante, consistente con una columna que se origina en el manto inferior y un estanque de material de columna en el manto superior. La zona de baja velocidad asociada con la fuente de la columna está al norte de Hawai'i, lo que muestra que la columna está inclinada hasta cierto punto, desviada hacia el sur por el flujo del manto. [42] Los datos de desequilibrios de la serie de desintegración del uranio han demostrado que la región que fluye activamente de la zona de fusión tiene 220 ± 40 km (137 ± 25 mi) km de ancho en su base y 280 ± 40 km (174 ± 25 mi) en la parte superior. surgencia del manto, consistente con mediciones tomográficas. [43]
Los estudios indirectos encontraron que la cámara de magma está ubicada a unos 90 a 100 kilómetros (56 a 62 millas) bajo tierra, lo que coincide con la profundidad estimada de la roca del Período Cretácico en la litosfera oceánica; esto puede indicar que la litosfera actúa como una tapa al derretirse al detener el ascenso del magma. La temperatura original del magma se encontró de dos maneras: probando el punto de fusión del granate en lava y ajustando la lava según el deterioro del olivino . Ambas pruebas del USGS parecen confirmar la temperatura en aproximadamente 1.500 °C (2.730 °F); en comparación, la temperatura estimada para el basalto de las dorsales oceánicas es de aproximadamente 1325 °C (2417 °F). [44]
La anomalía del flujo de calor superficial alrededor del oleaje hawaiano es sólo del orden de 10 mW/m 2 , [45] [46] mucho menor que el rango continental de Estados Unidos de 25 a 150 mW/m 2 . [47] Esto es inesperado para el modelo clásico de una pluma caliente y flotante en el manto. Sin embargo, se ha demostrado que otras columnas muestran flujos de calor superficiales muy variables y que esta variabilidad puede deberse al flujo variable de fluido hidrotermal en la corteza terrestre sobre los puntos calientes. Este flujo de fluido elimina advectivamente el calor de la corteza y, por lo tanto, el flujo de calor conductivo medido es menor que el verdadero flujo de calor superficial total. [46] El bajo calor a través del oleaje hawaiano indica que no está sostenido por una corteza flotante o litosfera superior, sino que está sostenido por la pluma de manto caliente (y por lo tanto menos densa) que aflora y que hace que la superficie se eleve [45 ] a través de un mecanismo conocido como " topografía dinámica ".
Los volcanes hawaianos se desplazan hacia el noroeste desde el punto de acceso a un ritmo de aproximadamente 5 a 10 centímetros (2,0 a 3,9 pulgadas) por año. [18] El punto de acceso ha migrado hacia el sur unos 800 kilómetros (497 millas) en relación con la cadena Emperador. [25] Los estudios paleomagnéticos apoyan esta conclusión basándose en los cambios en el campo magnético de la Tierra , una imagen del cual estaba grabada en las rocas en el momento de su solidificación, [48] mostrando que estos montes submarinos se formaron en latitudes más altas que la actual Hawaii. Antes de la curva, el punto crítico migraba aproximadamente 7 centímetros (2,8 pulgadas) por año; la velocidad de movimiento cambió en el momento de la curva a aproximadamente 9 centímetros (3,5 pulgadas) por año. [25] El Programa de Perforación Oceánica proporcionó la mayor parte del conocimiento actual sobre la deriva. La expedición de 2001 [49] perforó seis montes submarinos y probó las muestras para determinar su latitud original y, por tanto, las características y la velocidad del patrón de deriva del punto caliente en total. [50]
Cada volcán sucesivo pasa menos tiempo adherido activamente a la columna. La gran diferencia entre las lavas más jóvenes y más antiguas entre los volcanes Emperador y Hawai indica que la velocidad del punto caliente está aumentando. Por ejemplo, Kohala, el volcán más antiguo de la isla de Hawai, tiene un millón de años y entró en erupción por última vez hace 120.000 años, un período de poco menos de 900.000 años; mientras que uno de los más antiguos, el monte submarino de Detroit, experimentó 18 millones o más de años de actividad volcánica. [23]
El volcán más antiguo de la cadena, el monte submarino Meiji, situado en el borde de la fosa de las Aleutianas , se formó hace 85 millones de años. [51] A su velocidad actual, el monte submarino será destruido dentro de unos pocos millones de años, a medida que la Placa del Pacífico se deslice bajo la Placa Euroasiática . Se desconoce si la cadena de montes submarinos se ha estado subduciendo bajo la Placa Euroasiática y si el punto de acceso es más antiguo que el monte submarino Meiji, ya que desde entonces los montes submarinos más antiguos han sido destruidos por el margen de la placa. También es posible que una colisión cerca de la Fosa de las Aleutianas hubiera cambiado la velocidad de la Placa del Pacífico, lo que explicaría la curvatura de la cadena del punto caliente; La relación entre estas características aún se está investigando. [25] [52]
La composición del magma de los volcanes ha cambiado significativamente según el análisis de las proporciones elementales de estroncio , niobio y paladio . Los Montes Submarinos Emperador estuvieron activos durante al menos 46 millones de años, y la lava más antigua data del Período Cretácico , seguida de otros 39 millones de años de actividad a lo largo del segmento hawaiano de la cadena, por un total de 85 millones de años. Los datos demuestran una variabilidad vertical en la cantidad de estroncio presente en las lavas alcalinas (primeras etapas) y toleíticas (últimas etapas). El aumento sistemático se frena drásticamente en el momento de la curva. [51]
Casi todo el magma creado por el hotspot es basalto ígneo ; los volcanes están construidos casi en su totalidad con esta composición o similar, pero con gabro y diabasa de grano más grueso . Otras rocas ígneas como la nefelinita están presentes en pequeñas cantidades; Estos ocurren a menudo en los volcanes más antiguos, sobre todo en el monte submarino de Detroit. [51] La mayoría de las erupciones son líquidas porque el magma basáltico es menos viscoso que los magmas característicos de erupciones más explosivas, como los magmas andesíticos que producen erupciones espectaculares y peligrosas alrededor de los márgenes de la cuenca del Pacífico. [7] Los volcanes se dividen en varias categorías eruptivas . Los volcanes hawaianos se llaman "tipo hawaiano". La lava hawaiana se derrama de los cráteres y forma largas corrientes de roca fundida brillante, que fluye cuesta abajo, cubriendo acres de tierra y reemplazando el océano con tierra nueva. [53]
Existe evidencia significativa de que los caudales de lava han ido aumentando. Durante los últimos seis millones de años han sido mucho más altos que nunca, con más de 0,095 km 3 (0,023 millas cúbicas) por año. El promedio del último millón de años es aún mayor, de aproximadamente 0,21 km 3 (0,050 millas cúbicas). En comparación, la tasa de producción promedio en una dorsal en medio del océano es de aproximadamente 0,02 km 3 (0,0048 millas cúbicas) por cada 1.000 kilómetros (621 millas) de cresta. La tasa a lo largo de la cadena montañosa submarina Emperador promedió alrededor de 0,01 kilómetros cúbicos (0,0024 millas cúbicas) por año. La tasa fue casi cero durante los primeros cinco millones de años de vida del hotspot. La tasa promedio de producción de lava a lo largo de la cadena hawaiana ha sido mayor, 0,017 km 3 (0,0041 millas cúbicas) por año. [25] En total, el punto de acceso ha producido aproximadamente 750.000 kilómetros cúbicos (180.000 millas cúbicas) de lava, suficiente para cubrir California con una capa de aproximadamente 1,5 kilómetros (1 milla) de espesor. [5] [18] [54] [55] [56]
La distancia entre los volcanes individuales se ha reducido. Aunque los volcanes se han desplazado hacia el norte más rápido y han estado menos tiempo activos, el volumen eruptivo moderno mucho mayor del punto caliente ha generado volcanes más espaciados, y muchos de ellos se superponen, formando superestructuras como la isla de Hawai y el antiguo Maui Nui . Mientras tanto, muchos de los volcanes de los montes submarinos Emperador están separados por 100 kilómetros (62 millas) o incluso hasta 200 kilómetros (124 millas). [55] [56]
Un análisis topográfico detallado de la cadena de montes submarinos Hawai-Emperador revela que el punto de acceso es el centro de un alto topográfico, y esa elevación disminuye con la distancia desde el punto de acceso. La disminución más rápida en elevación y la relación más alta entre la topografía y la altura del geoide se encuentran en la parte sureste de la cadena, disminuyendo con la distancia desde el punto crítico, particularmente en la intersección de las zonas de fractura de Molokai y Murray. La explicación más probable es que la región entre las dos zonas es más susceptible al recalentamiento que la mayor parte de la cadena. Otra posible explicación es que la fuerza del punto crítico aumenta y disminuye con el tiempo. [37]
En 1953, Robert S. Dietz y sus colegas identificaron por primera vez el comportamiento del oleaje. Se sugirió que la causa era el afloramiento del manto. Trabajos posteriores apuntaron a un levantamiento tectónico , causado por el recalentamiento dentro de la litosfera inferior. Sin embargo, la actividad sísmica normal debajo del oleaje, así como la falta de flujo de calor detectado, hicieron que los científicos sugirieran como causa la topografía dinámica , en la que el movimiento de la pluma del manto caliente y flotante sostiene la topografía superficial alta alrededor de las islas. [45] Comprender el oleaje hawaiano tiene implicaciones importantes para el estudio de los puntos críticos, la formación de islas y el interior de la Tierra. [37]
El hotspot de Hawaii es una zona sísmica altamente activa con miles de terremotos que ocurren en la isla de Hawaii y sus alrededores cada año. La mayoría son demasiado pequeños para que la gente los sienta, pero algunos son lo suficientemente grandes como para provocar una devastación de menor a moderada. [57] El terremoto más destructivo registrado fue el terremoto del 2 de abril de 1868, que tuvo una magnitud de 7,9 en la escala de Richter . [58] Desencadenó un deslizamiento de tierra en Mauna Loa, 5 millas (8,0 km) al norte de Pahala , matando a 31 personas. Un tsunami se cobró 46 vidas más. Las aldeas de Punalu'u, Nīnole , Ka'a'awa, Honu'apo y Keauhou Landing sufrieron graves daños. Según se informa, el tsunami pasó sobre las copas de los cocoteros hasta una altura de 18 m (60 pies) y llegó tierra adentro a una distancia de 400 m (un cuarto de milla) en algunos lugares. [59]
A lo largo de sus 85 millones de años de historia, el hotspot de Hawái ha creado al menos 129 volcanes, más de 123 de los cuales son volcanes extintos , montes submarinos y atolones , cuatro de los cuales son volcanes activos y dos son volcanes inactivos . [23] [50] [60] Se pueden organizar en tres categorías generales: el archipiélago hawaiano , que comprende la mayor parte del estado estadounidense de Hawái y es la ubicación de toda la actividad volcánica moderna; las islas del noroeste de Hawai , que consisten en atolones de coral, islas extintas e islas atolones ; y los Montes Submarinos Emperador , todos los cuales desde entonces se han erosionado y hundido hasta el mar y se han convertido en montes submarinos y guyots (montes submarinos de cima plana). [61]
Los volcanes hawaianos se caracterizan por frecuentes erupciones de rift , su gran tamaño (miles de kilómetros cúbicos de volumen) y su forma rugosa y descentralizada. Las zonas de ruptura son una característica destacada de estos volcanes y explican su estructura volcánica aparentemente aleatoria. [62] La montaña más alta de la cadena de Hawái, Mauna Kea, se eleva 4.205 metros (13.796 pies) sobre el nivel medio del mar . Medida desde su base en el fondo marino, es la montaña más alta del mundo, con 10.203 metros (33.474 pies); El Monte Everest se eleva 8.848 metros (29.029 pies) sobre el nivel del mar. [63] Hawái está rodeado por una gran cantidad de montes submarinos; sin embargo, se descubrió que no estaban relacionados con el punto crítico y su vulcanismo. [39] El Kilauea entró en erupción continuamente desde 1983 hasta 2018 a través de Puʻu ʻŌʻō , un cono volcánico menor, que se ha convertido en una atracción tanto para vulcanólogos como para turistas. [64]
Las islas hawaianas están cubiertas por una gran cantidad de deslizamientos de tierra provocados por colapsos volcánicos. El mapeo batimétrico ha revelado al menos 70 grandes deslizamientos de tierra en los flancos de la isla de más de 20 km (12 millas) de longitud, y los más largos tienen 200 km (120 millas) de largo y más de 5000 km 3 (1200 millas cúbicas) de volumen. Estos flujos de escombros se pueden clasificar en dos categorías amplias: depresiones , movimientos en masa sobre laderas que lentamente aplanan a sus originadores, y avalanchas de escombros más catastróficas , que fragmentan las laderas volcánicas y dispersan los escombros volcánicos más allá de sus laderas. Estos deslizamientos han provocado tsunamis y terremotos masivos, macizos volcánicos fracturados y escombros esparcidos a cientos de kilómetros de distancia de su origen. [65] Actualmente se está produciendo un desplome activo en el flanco sur de la Isla Grande , donde Hilina Slump comprende una porción móvil de la masa de la isla al sur de Kīlauea. [66]
Los depresiones tienden a estar profundamente arraigados en sus orígenes, moviendo rocas hasta 10 km (6 millas) de profundidad dentro del volcán. Forzados hacia adelante por la masa de material volcánico recién expulsado, los derrumbes pueden avanzar lentamente o surgir en espasmos que causaron el mayor de los terremotos históricos de Hawaii, en 1868 y 1975. Mientras tanto, las avalanchas de escombros son más delgadas y más largas, y están definidas por anfiteatros volcánicos en su cabecera y terreno montañoso en su base. Avalanchas que se movían rápidamente arrastraron bloques de 10 km (6 millas) a decenas de kilómetros de distancia, alterando la columna de agua local y provocando un tsunami. Existe evidencia de estos eventos en forma de depósitos marinos en lo alto de las laderas de muchos volcanes hawaianos, [65] y han dañado las laderas de varios montes submarinos Emperador, como Daikakuji Guyot y Detroit Seamount. [23]
Las mediciones GPS en el flanco oriental de la isla de Hawaii durante un período de 5 años muestran el patrón de colapso con velocidades de hasta 15 cm/año (5,9 pulgadas/año) en relación con la Placa del Pacífico [67]
Los volcanes hawaianos siguen un ciclo de vida bien establecido de crecimiento y erosión. Después de que se forma un nuevo volcán, su producción de lava aumenta gradualmente. Tanto la altura como la actividad alcanzan su punto máximo cuando el volcán tiene alrededor de 500.000 años y luego disminuyen rápidamente. Con el tiempo, queda inactivo y finalmente se extingue. La meteorización y la erosión reducen gradualmente la altura del volcán hasta que vuelve a convertirse en un monte submarino. [61]
Este ciclo de vida consta de varias etapas. La primera etapa es la etapa de preescudo submarino , actualmente representada únicamente por Kama'ehuakanaloa . Durante esta etapa, el volcán gana altura a través de erupciones cada vez más frecuentes. La presión del mar evita erupciones explosivas. El agua fría solidifica rápidamente la lava, produciendo la lava en forma de almohada , típica de la actividad volcánica submarina. [61] [68]
A medida que el monte submarino crece lentamente, pasa por las etapas de escudo . Forma muchos elementos maduros, como una caldera , mientras está sumergido. La cumbre finalmente sale a la superficie, y la lava y el agua del océano "luchan" por el control cuando el volcán entra en la subfase explosiva . Esta etapa de desarrollo se ejemplifica con las salidas de vapor explosivas. Esta etapa produce principalmente ceniza volcánica , resultado de las olas que humedecen la lava. [61] Este conflicto entre la lava y el mar influye en la mitología hawaiana . [26] : 8-11
El volcán entra en la subfase subaérea una vez que alcanza la altura suficiente para escapar del agua. Ahora el volcán alcanza el 95% de su altura sobre el agua en aproximadamente 500.000 años. A partir de entonces las erupciones se vuelven mucho menos explosivas. La lava liberada en esta etapa a menudo incluye tanto pāhoehoe como ʻaʻā, y los volcanes hawaianos actualmente activos, Mauna Loa y Kīlauea, se encuentran en esta fase. La lava hawaiana suele ser líquida, en bloques, lenta y relativamente fácil de predecir; el USGS rastrea dónde es más probable que corra y mantiene un sitio turístico para ver la lava. [61] [69]
El colapso mecánico, indicado por grandes deslizamientos de tierra submarinos adyacentes a cicatrices de deslizamientos de tierra en las islas, es un proceso continuo que da forma a las primeras fases de la construcción del volcán en cada una de las islas.
Después de la fase subaérea, el volcán entra en una serie de etapas posteriores al escudo que implican un colapso mecánico que crea hundimiento y erosión, convirtiéndose en un atolón y, finalmente, en un monte submarino. Una vez que la placa del Pacífico lo saca de los trópicos de 20 °C (68 °F) , el arrecife desaparece en su mayor parte y el volcán extinto se convierte en uno de los aproximadamente 10.000 montes submarinos áridos en todo el mundo. [61] [70] Cada monte submarino Emperador es un volcán muerto.
El crecimiento y la morfología de los arrecifes a menudo muestran la progresión desde un volcán submarino hasta un escudo subaéreo y luego un monte submarino. El proceso de formación de arrecifes alrededor de los márgenes de una isla volcánica una vez formada se relaciona tanto con el hundimiento local de la isla como con el aumento global del nivel del mar. [71] Otros factores locales, como la temperatura del agua y la topografía, son importantes en la formación de arrecifes. [71] Estos arrecifes marginales se acumulan gradualmente verticalmente y hacia el mar a medida que un volcán inactivo se hunde, coincidiendo con un aumento en el nivel relativo del mar. Un ejemplo moderno, la bahía de Kailua frente a Oahu, Hawaii, se ha estudiado exhaustivamente para comprender la generación de carbonatos, la producción y la deposición de sedimentos en los arrecifes. Se estima que la producción bruta de carbonato es de aproximadamente 1,22 kg m −2 y −1 , mientras que la producción de sedimentos por bioerosión es de 0,33 kg m −2 y −1 , lo que da como resultado una acreción vertical promedio de 0,066 cm/año (0,026 pulgadas/año). Esta tasa es considerablemente más baja que los promedios mundiales de acreción de arrecifes perimetrales de 0,1 a 0,4 cm/año (0,039 a 0,157 pulgadas/año). Los investigadores están investigando las conexiones entre la acción de las fuertes olas, la biodiversidad de los arrecifes, el aumento del nivel del mar y la influencia antropogénica. [72] A medida que avanza el hundimiento de la isla , los arrecifes circundantes se convierten en barreras de coral y una vez que el volcán se convierte en un monte submarino, las barreras de arrecifes forman atolones . El atolón Midway es un buen ejemplo de la etapa final de la evolución de una isla volcánica activa . [73]
