Historia de dos clases de volcanes

En una idílica isla en el Mar Mediterráneo, el agua cubre el lugar de una vasta explosión volcánica ocurrida hace 3.200 años. A unos pocos cientos de kilómetros al noroeste, otras tres islas todavía mantienen sus historias volcánicas de hace unos pocos millones de años casi intactas. No se produjeron explosiones allí. Entonces, ¿en qué se diferencian la caldera de Santorini y las cúpulas de lava de Aegina, Methana y Poros? Unos investigadores utilizaron las "huellas" volcánicas y la tectónica de placas para averiguarlo.

Un gran volcán explotó hace unos 3.200 años, justo al lado de donde hoy está la isla de Santorini en Grecia. Durante esa erupción, la roca líquida fundida bajo el suelo (magma) acumuló una inmensa presión, y luego entró en erupción, en una explosión de lava. El impacto fue tan intenso que el volcán se derrumbó formando una enorme cuenca llamada caldera.

Lo que había sido una isla-volcán, fue entonces invadida por el océano, un suceso que se  considera fue parcialmente responsable de la desaparición de la civilización minoica.

La isla de Santorini se convirtió en un popular destino de viaje, con grandes barcos navegando sobre la caldera. El pueblo de Phira se asienta en el borde del acantilado de los restos del volcán.

A pesar de lo idílico que parece, el volcán de Santorini bajo el océano todavía constituye el mayor peligro volcánico para Europa, junto con el volcán Vesubio en Italia.

A unos pocos cientos de kilómetros al noroeste de Santorini, en el Golfo Sarónico de Grecia, mucho más cerca de Atenas, un tipo de "volcán" completamente diferente aparenta ser mucho menos dramático.

Las pequeñas islas de Aegina, Methana y Poros tienen colinas redondeadas con caminos que serpentean cuesta arriba en curvas cerradas. Estas colinas también tienen ancestros volcánicos, pero no se parecen en nada a Santorini. Aquí, la lava líquida no explotó en una gran erupción.

"No hay pruebas de que hayan tenido lugar grandes acontecimientos dramáticos en estas islas", dice la profesora Marlina A. Elburg, investigadora de geología de la Universidad de Johannesburgo.

"Una densa lava en forma de bloques rezumó de las cámaras de magma bajo tierra en estas islas hace entre 5,3 y 2,6 millones de años atrás, durante el Plioceno. La lava era tan espesa que parecía más pasta de dientes o masilla que líquido. Formaba domos de lava en lugar de volcanes de lava.

"Después de unos pocos millones de años de meteorización, son ahora colinas bien camufladas, pero aún se consideran volcánicamente activas", dice.

¿Cómo es posible que volcanes tan cercanos en el tiempo y el espacio geológico puedan comportarse de manera diferente? Los investigadores utilizaron varias técnicas para averiguarlo.

Elburg y la coautora Ingrid Smet, candidata al doctorado en ese momento, analizaron muestras de las lavas, en una investigación publicada en la revista Lithos.

El estudio fue una continuación de su anterior investigación sobre las lavas de Methana, también publicada en Lithos.

Buscaron las proporciones de elementos muy específicos en las muestras, llamadas firmas de isótopos. Las firmas de isótopos funcionan de manera similar a las "huellas dactilares" de las lavas, ayudan a los investigadores a averiguar de qué estaban hechas las lavas, dónde y cuándo se formaron.

"La mayoría de las firmas de los isótopos coincidieron con lo que uno esperaría teniendo en cuenta donde están ubicadas las islas en el arco volcánico del Egeo", dice Elburg.

Pero también hubo sorpresas.

(Foto: Ms Therese van Wyk, University of Johannesburg)

Debajo de todos estos volcanes en Aegina, Methana, Poros y Santorini, algo más está sucediendo, en las profundidades de la corteza del planeta Tierra. Corriendo aproximadamente de este a oeste bajo el Mar Mediterráneo está el arco volcánico del Egeo. Este arco es donde la placa tectónica africana se sumerge bajo la microplaca del Egeo.

El proceso de "sumergirse" es llamado subducción por los geólogos. Significa que una parte de la corteza exterior fría de la Tierra comienza a moverse por debajo de otra parte de la corteza, "reciclándose" dentro de la roca líquida caliente del manto de la Tierra.

Las islas de Aegina, Metana, Poros y Santorini no son solo islas con volcanes. Todas ellas son una parte integral de la "máquina de reciclaje" de la Tierra que sigue renovando la corteza debajo de los océanos del planeta.

Esto plantea la pregunta: ¿Por qué estas islas tienen "historias de lava" tan diferentes, aunque todas ellas están en el borde de la placa del Egeo?

Algunas de las respuestas tienen que ver con lo que se "mezcla" en la lava para los volcanes.

La placa africana "se sumerge" bajo la placa del Egeo en una fosa oceánica en el Mar Mediterráneo. Esto ocurre muy lentamente, a unos pocos centímetros por año, lo que significa que el prístino y frío basalto de la corteza de la placa africana ha estado empapado en agua oceánica durante millones de años antes de entrar en el magma mucho más caliente debajo de la placa del Egeo.

"La corteza de la placa descendente ahora consiste en rocas alteradas, que contienen minerales con agua. Estos minerales se vuelven inestables durante la subducción debido al aumento de la presión y la temperatura, y liberan su agua", dice Elburg.

"Esta agua baja el punto de fusión del manto, similar a lo que ocurre cuando se añade sal al hielo. Es por eso que el manto bajo la cubierta comienza a derretirse. Es este material fundido, o magma, el que fluye/se derrite de los volcanes/cúpulas de lava en forma de lava".

Otro posible ingrediente de las diferentes lavas son los sedimentos de la fosa oceánica en la zona de subducción. En el arco del Egeo, la placa descendente está cubierta por una pila muy gruesa de sedimentos oceánicos. Parte de los sedimentos son de la antigua corteza continental.

Gran parte de este sedimento es "raspado" cuando la placa se subduce y forma una cuña que se acumula. Sin embargo, parte de él también baja al manto y se mezcla con la cuña del manto en fusión, dice.

Dado que los volcanes Aegina, Methana, Poros y Santorini forman parte de la misma zona de subducción, la diferente actividad volcánica plantea varias preguntas importantes. Una de ellas es: ¿Por qué existió densa lava en forma de bloques en los centros volcánicos occidentales Aegina, Methana y Poros hace 2,5 a 2 millones de años, y en cambio lava líquida en Santorini hace 3.200 años?

Las respuestas a esto crean otras preguntas sobre el comportamiento de reciclaje del planeta en el que vivimos.

Pero las zonas de subducción son difíciles de estudiar. No es posible ir a una de ellas y volver con algunas muestras de materiales. Los científicos aún necesitan comprender mejor el papel que juega la placa superior; cuánta interacción hay entre los magmas ascendentes y la corteza por la que ascienden; y si los magmas relacionados con la subducción obtienen su firma geoquímica del sedimento que se recicla de nuevo en la tierra, dice Elburg.

"Las respuestas a estas preguntas pueden ayudarnos a entender hasta qué punto los procesos de fusión que comenzaron a más de 100 kilómetros de profundidad en el manto, continúan cuando el magma está más cerca de la superficie de la Tierra", dice.

"Este proceso de 'contaminación de la corteza' es otra 'máquina de reciclaje de la Tierra', que también puede influir en el potencial de los depósitos de mineral, como en los Andes, donde se encuentran importantes depósitos de cobre, y donde se piensa que este 'reciclaje' juega un papel importante".

Una forma de estudiar las lavas es poner rebanadas finas (llamadas secciones finas) bajo un microscopio e identificar los minerales. Debido a que los minerales necesitan diferentes condiciones para formarse, su presencia puede decir mucho acerca de dónde y cómo se mezclaron los magmas.

En este estudio los minerales indicaron que las lavas de Santorini eran más líquidas porque se formaban en el interior de cámaras de magma menos profundas, mientras que las lavas del centro volcánico occidental eran más gruesas y más en forma de bloques porque se formaban en cámaras de magma más profundas.

"Las secciones delgadas de las lavas de Santorini muestran piroxenos y plagioclasas significativas. Esto indica que el magma del que se formaron los cristales estaba localizado a poca profundidad en la tierra", dice Elburg.

Y hay una razón invisible por la que el magma estaba en profundidades menores en Santorini.

"La placa tectónica sobre las cámaras de magma de Santorini está siendo desmontada. En términos geológicos, está bajo una extensión localizada. Y debido a que la placa se está extendiendo y Santorini está en medio de ella, la isla se encuentra en la parte más delgada de la placa. Con una cámara de magma a menor profundidad, el techo se derrumbará cuando la cámara empiece a vaciarse durante una erupción. Esto hace que la erupción sea aún peor y crea una caldera, como en Santorini", añade.

En cambio, cuando miraron las secciones delgadas de las lavas gruesas de Aegina y Methana, encontraron hornblenda. El mineral estaba ausente en las lavas de Santorini.

La hornblenda solo puede formarse si el magma está lo suficientemente profundo en la Tierra. Esto indica que las cámaras de magma de Aegina y Methana deben estar más profundas que las de Santorini.

"Con las cámaras de magma a mayores profundidades para los volcanes occidentales de Aegina-Metana-Poros, eso provoca cambios en la lava. Allí las cámaras de magma debajo de los domos de lava no se derrumbaron. Además, la cristalización del grupo de minerales anfíboles que incluye la hornblenda, hace que el magma sea más viscoso o pegajoso. Así que es más difícil para el magma salir a la superficie.

Para averiguar si la placa superior o los sedimentos del océano fueron el factor más importante para crear lavas gruesas y en forma de bloques, los investigadores analizaron "huellas de lava" específicas. Estas proporciones de isótopos radiogénicos les dieron la mejor indicación de qué materiales se mezclaron en los magmas subterráneos para esas lavas.

"Comparamos las lavas de Santorini con las de Aegina-Poros-Methana en términos de su geoquímica para 87Sr/86Sr, 143Nd/144Nd y 208Pb/204Pb. Eran claramente diferentes. Luego, combinando la firma de isótopos radiogénicos de las lavas con las proporciones de oligoelementos, conseguimos señalar al sedimento descendente como la mayor influencia en la creación de lavas gruesas y en forma de bloques, y no la placa principal.

"Encontramos que Aegina y Methana-Poros tienen sus propias historias volcánicas individuales, aunque son parte del arco Egeo. Esto significa que una simple explicación única, basada en la historia de la contaminación de la corteza, para la diferencia en el estilo eruptivo comparado con Santorini, no funciona. Las zonas de subducción modernas no son todas iguales. Incluso en un arco volcánico, más de un estilo eruptivo apunta a diferencias en los procesos de subducción", concluye Elburg. (Fuente: NCYT Amazings)