Punto de interés de Hawaii
Punto caliente volcánico cerca de las islas hawaianas, en el océano Pacífico

Punto de interés de Hawái
Mapa en relieve de la cuenca del Pacífico, que muestra montes submarinos e islas que siguen el punto crítico de Hawái en una larga línea que termina cerca de la península de Kamchatka en Rusia
Batimetría de la cadena de montes submarinos Hawái-Emperor , que muestra la larga cadena volcánica generada por el punto caliente de Hawái, que comienza en Hawái y termina en la fosa de las Aleutianas
Un diagrama ilustra el área de punto caliente de la corteza en sección transversal y establece que el movimiento de la placa del Pacífico que se encuentra sobre la litosfera expande la columna en la astenosfera arrastrándola.
Un diagrama que demuestra la migración de la corteza terrestre sobre el punto caliente.
PaísEstados Unidos
EstadoHawai
RegiónOcéano Pacífico Norte
Coordenadas18°55'N 155°16'W / 18,92°N 155,27°W / 18,92; -155.27 - Monte submarino Kamaʻehuakanaloa (anteriormente Loihi), el punto de acceso real se encuentra a unos 40 km (25 millas) al sureste

El punto caliente de Hawái es un punto caliente volcánico ubicado cerca de las islas hawaianas homónimas , en el norte del océano Pacífico . Uno de los puntos calientes más conocidos e intensamente estudiados del mundo, [1] [2] la columna de Hawái es responsable de la creación de la cadena de montes submarinos Hawái-Emperador , una cadena montañosa volcánica principalmente submarina de 6200 kilómetros (3900 mi). Cuatro de estos volcanes están activos , dos están inactivos ; más de 123 están extintos , la mayoría ahora preservados como atolones o montes submarinos . La cadena se extiende desde el sur de la isla de Hawái hasta el borde de la fosa de las Aleutianas , cerca de la costa oriental de Rusia .

Aunque la mayoría de los volcanes son creados por la actividad geológica en los límites de las placas tectónicas , el punto caliente de Hawái está ubicado 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 fija del manto forma volcanes que luego, separados de su fuente por el movimiento de la placa del Pacífico , se vuelven cada vez más inactivos y finalmente se erosionan por debajo del nivel del mar durante millones de años. Según esta teoría, la curva de casi 60° donde se encuentran los segmentos Emperador y Hawái de la cadena fue causada por un cambio repentino en el movimiento de la placa del Pacífico. En 2003, nuevas investigaciones de esta irregularidad llevaron a la propuesta de una teoría de 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 del de la placa.

Los antiguos hawaianos fueron los primeros en reconocer la edad creciente y el estado erosionado de los volcanes al norte a medida que avanzaban en 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 punto caliente, confirmando la relación observada durante mucho tiempo por los nativos. El Observatorio de Volcanes de Hawái 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 realizado imágenes tomográficas del punto caliente , que muestran que tiene entre 500 y 600 km (310 a 370 mi) de ancho y hasta 2000 km (1200 mi) de profundidad, y los estudios basados ​​en olivino y granate han demostrado que su cámara de magma está aproximadamente a 1500 °C (2730 °F). En sus al menos 85 millones de años de actividad, el punto caliente ha producido un estimado de 750 000 km3 ( 180 000 mi3) de roca. La tasa de deriva de la cadena ha aumentado lentamente con el tiempo, lo que ha provocado que la cantidad de tiempo en que cada volcán individual está activo disminuya, de 18 millones de años para el monte submarino Detroit de 76 millones de años , a poco menos de 900 000 para el Kohala de un millón de años ; Por otra parte, el volumen eruptivo ha aumentado de 0,01 km3 ( 0,002 mi3) por año a aproximadamente 0,21 km3 ( 0,050 mi3). En general, esto ha provocado una tendencia hacia volcanes más activos pero rápidamente silenciados y muy espaciados: mientras que los volcanes del lado cercano del punto caliente se superponen entre sí (formando superestructuras como la isla de Hawái y el antiguo Maui Nui ), los más antiguos de los montes submarinos Emperador están espaciados hasta 200 km (120 mi) entre sí.

Teorías

Las placas tectónicas generalmente concentran la deformación y el vulcanismo en los límites de las placas . Sin embargo, el punto caliente de Hawái se encuentra a más de 3200 kilómetros (1988 millas) del límite de placa más cercano; [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 normales, [3] una teoría que desde entonces ha tenido una amplia aceptación. [4]

Teoría del punto caliente estacionario de Wilson

Mapa global con la etiqueta Edad de la corteza y referencias a áreas específicas de interés. Hay un patrón general de corteza más joven en el Pacífico oriental y más joven en el occidental.
Mapa, codificado por colores del rojo al azul para indicar la edad de la corteza construida por la expansión del fondo marino . 2 indica la posición de la curva en el rastro del punto caliente y 3 apunta a la ubicación actual del punto caliente de Hawái.

Wilson propuso que la convección del manto produce pequeñas corrientes ascendentes calientes y flotantes bajo la superficie de la Tierra; estas columnas de manto térmicamente activas suministran magma que, a su vez, sostiene una actividad volcánica duradera. Este vulcanismo de "placa intermedia" crea picos que se elevan desde un fondo marino relativamente monótono, inicialmente como montes submarinos y más tarde como islas volcánicas completamente desarrolladas . La placa tectónica local (en el caso del punto caliente de Hawái, la placa del Pacífico ) pasa gradualmente sobre el punto caliente, arrastrando sus volcanes con ella sin afectar la columna. A lo largo de cientos de miles de años, el suministro de magma para un volcán individual se corta lentamente, lo que finalmente provoca su extinción. Al no ser lo suficientemente activo como para dominar la erosión, el volcán retrocede lentamente bajo las olas, convirtiéndose nuevamente en un monte submarino. A medida que continúa el ciclo, un nuevo centro volcánico perfora la corteza y surge una nueva isla volcánica. El proceso continúa hasta que la propia columna del manto colapsa. [1]

Este ciclo de crecimiento e inactividad une a los volcanes a lo largo de millones de años, dejando un rastro de islas volcánicas y montes submarinos en el fondo del océano. Según la teoría de Wilson, los volcanes hawaianos deberían ser progresivamente más antiguos y estar cada vez más erosionados cuanto más se alejan del punto caliente, y esto es fácilmente observable; la roca más antigua de las principales islas hawaianas, la de Kauaʻi , tiene unos 5,5 millones de años y está profundamente erosionada, mientras que la roca de la isla de Hawái es comparativamente joven, 0,7 millones de años o menos, con nueva lava en erupción constantemente en Kīlauea , el centro actual del punto caliente. [1] [5] Otra consecuencia de su teoría es que la longitud y la orientación de la cadena sirven para registrar la dirección y la velocidad del movimiento de la placa del Pacífico . Una característica importante de la ruta hawaiana es una curva "repentina" de 60 grados en una sección de su longitud de entre 40 y 50 millones de años y, según la teoría de Wilson, esto es evidencia de un cambio importante en la dirección de la placa, 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 curva podría atribuirse al movimiento del propio punto caliente. [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 no convectiva inferior, o una capa D'' ("D doble prima") más profunda, de aproximadamente 200 kilómetros (120 mi) de espesor e inmediatamente por encima del límite entre el núcleo y el manto . [8] Una columna de manto se iniciaría en la interfaz cuando la capa inferior más cálida calienta una parte de la capa superior más fría. Esta parte 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 de manto alcanza la base de la litosfera , la calienta y produce fusión. Este magma luego se abre camino hacia la superficie, donde es expulsado como lava . [9]

Los argumentos a favor de la validez de la teoría de los puntos calientes se centran generalmente en la progresión constante de la edad de las islas hawaianas y las características cercanas: [10] una curva similar en la trayectoria del punto caliente Macdonald , la cadena de montes submarinos de las islas Australes y Marshall, ubicada justo al sur; [11] otros puntos calientes del Pacífico que siguen la misma tendencia de progresión de edad de sureste a noroeste en posiciones relativas fijas; [12] [13] y estudios sismológicos de Hawái que muestran temperaturas aumentadas en el límite núcleo-manto, lo que evidencia una columna de manto. [14]

Hipótesis de puntos calientes poco profundos

Diagrama en corte de la estructura interna de la Tierra

Otra hipótesis es que las anomalías de fusión se forman como resultado de la extensión litosférica, que permite que el material fundido preexistente suba a la superficie. Estas anomalías de fusión normalmente se denominan "puntos calientes", pero según la hipótesis de la fuente poco profunda, el manto subyacente no es anómalamente caliente. En el caso de la cadena de montes submarinos Hawái-Emperor, el sistema de límites de las placas del Pacífico era muy diferente alrededor de 80 millones de años atrás , cuando comenzó a formarse la cadena de montes submarinos Emperor. Hay evidencia de que la cadena comenzó en una cresta en expansión (la cresta del Pacífico-Kula ) que ahora ha sido subducida en la fosa de las Aleutianas. [15] El lugar de extracción de material fundido puede haber migrado fuera de la cresta y 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 estaba extendiendo para acomodar la tensión intraplaca. Por lo tanto, podría haberse mantenido una región de escape de material fundido de larga duración. Los partidarios de esta hipótesis argumentan que las anomalías de velocidad de las ondas observadas en los estudios tomográficos sísmicos no pueden interpretarse de manera confiable como afloramientos calientes originados en el manto inferior. [16] [17]

Teoría de los puntos calientes móviles

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 , recogidas por científicos ya en 1963, sugieren que el punto caliente puede haberse desplazado con el tiempo, a un ritmo relativamente rápido de unos 4 centímetros (1,6 pulgadas) por año durante las eras Cretácico tardío y Paleógeno temprano (81-47 millones de años); [18] en comparación, la dorsal mesoatlántica se extiende a una velocidad de 2,5 cm (1,0 pulgadas) por año. [1] En 1987, un estudio publicado por Peter Molnar y Joann Stock descubrió que el punto caliente se mueve en relación con el océano Pacífico; sin embargo, interpretaron esto como el resultado de los movimientos relativos de las placas norteamericana y del Pacífico en lugar del del punto caliente en sí. [19] [20]

En 2021, los investigadores propusieron un modelo de punto caliente de Hawái en tres etapas. [21] La primera etapa tiene una interacción de columnas de dorsales en la que el punto caliente de Hawái alimentó la dorsal Izanagi-Pacífico o la dorsal 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 punto caliente de Hawái. Es posible, como lo respalda el modelado gravitacional, que durante este período el punto caliente de Hawái se haya desplazado unos 4-9 grados hacia el sur, en contraste con el movimiento hacia el norte de la placa del Pacífico. La tercera etapa tiene un movimiento continuo de la placa del Pacífico, con estancamiento del punto caliente de Hawái. [21]

En 2001, el Programa de Perforación Oceánica (que luego 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 Resolution para recolectar muestras de lava de cuatro montes submarinos Emperador sumergidos. El proyecto perforó los montes submarinos Detroit , Nintoku y Koko , todos ellos en el extremo noroeste de la cadena, la sección más antigua. [22] [23] Estas muestras de lava se analizaron en 2003, lo que sugiere un punto caliente hawaiano móvil y un cambio en su movimiento como causa de la curvatura. [7] [24] El científico principal, John Tarduno, dijo a National Geographic :

La curva de Hawái se utilizó como un ejemplo clásico de cómo una placa grande puede cambiar de movimiento rápidamente. Se puede encontrar un diagrama de la curva de Hawái-Emperador en casi todos los libros de texto introductorios de geología. Realmente es algo que 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 ; ni 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 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 de hace 81 millones a 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, su movimiento hacia el sur se desaceleró considerablemente, tal vez incluso se detuvo por completo. [22] [24]

Historia del estudio

Antiguos hawaianos

Los antiguos hawaianos sospechaban que las islas hawaianas eran más antiguas a medida que uno se desplazaba hacia el noroeste mucho antes de que llegaran los europeos. Durante sus viajes, los navegantes 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, Papa, 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. Pele huyó al sureste a la isla de Oahu. Cuando Nāmaka la obligó a huir nuevamente, Pele se mudó al sureste a Maui y finalmente a Hawái, donde todavía vive en Halemaʻumaʻu en la cima del Kīlauea . Allí estaba a salvo, porque las laderas del volcán son tan altas que ni siquiera las poderosas olas de Nāmaka pudieron alcanzarla. El vuelo mítico de Pelé, que alude a una lucha eterna entre islas volcánicas y olas del océano, es consistente con la evidencia geológica sobre la disminución de la edad de las islas hacia el sureste. [1] [18]

Estudios modernos

Las islas hawaianas, con especial atención a los picos topográficos, las anomalías de gravedad de Bouguer, la ubicación de volcanes en escudo y áreas de baja presión cerrada. Se muestran dos y, a veces, tres trayectorias paralelas de lugares volcánicos que siguen el punto caliente a lo largo de miles de millas.
Las tendencias volcánicas de Loa y Kea siguen trayectorias paralelas y serpenteantes.

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. El solo hecho de alcanzar las cumbres resultó desalentador: Menzies tardó tres intentos en ascender al Mauna Loa , y Douglas murió en las laderas del Mauna Kea . La Expedición Exploratoria de los Estados Unidos pasó varios meses estudiando las islas entre 1840 y 1841. [30] El geólogo estadounidense James Dwight Dana estaba en esa expedición, al igual que el teniente Charles Wilkes , que pasó la mayor parte del tiempo liderando un equipo de cientos de personas que arrastraron un péndulo de Kater a la cumbre del Mauna Loa para medir la gravedad. Dana se quedó con el misionero Titus Coan , que 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 al 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 la edad de sureste a noroeste. Dana concluyó que la cadena hawaiana consistía en dos cadenas volcánicas, ubicadas a lo largo de caminos curvos distintos pero paralelos. Acuñó los términos "Loa" y "Kea" para las dos tendencias prominentes. 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 una actividad volcánica localizada a lo largo de una importante zona de fisuras. 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 Hawái en realidad albergaba cinco volcanes, mientras que Dana contó tres. Esto se debe a que Dana originalmente había considerado a Kilauea como un respiradero flanqueante 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 nombre de las 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 sobre el vulcanismo hawaiano durante décadas. En 1909 se publicaron dos libros importantes sobre los volcanes de Hawái ( "Los volcanes de Kilauea y Mauna Loa" de WT Brigham y "Hawái y sus volcanes" de C. Hitchcock). [33] : 154–155 

En 1912, el geólogo Thomas Jaggar fundó el Observatorio de Volcanes de Hawái . 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 investigación exhaustiva, 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 estadios volcánicos submarinos) han permitido el estudio de áreas de observación previamente limitadas. [33] : 157  [34]

En la década de 1970, el fondo marino de Hawái se cartografió utilizando un sonar a bordo de un barco. Los datos computarizados SYNBAPS (Synthetic Bathymetric Profiling System) [35] llenaron los vacíos entre las mediciones batimétricas del sonar a bordo de un barco . [36] [37] De 1994 a 1998 [38] la Agencia Japonesa para la Ciencia y Tecnología Marina-Terrestre (JAMSTEC) cartografió Hawái 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 a distancia , muestras de dragado y muestras de núcleos . [39] El sistema de sonar de barrido lateral multihaz Simrad EM300 recopiló datos de batimetría y retrodispersión . [38]

Características

Posición

El punto caliente de Hawái ha sido fotografiado a través de tomografía sísmica , y se estima que tiene entre 500 y 600 km (310 a 370 mi) de ancho. [40] [41] Las imágenes tomográficas muestran una delgada zona de baja velocidad que se extiende a una profundidad de 1.500 km (930 mi), que se conecta con una gran zona de baja velocidad que se extiende desde una profundidad de 2.000 km (1.200 mi) hasta el límite entre el núcleo y el manto . Estas zonas de baja velocidad sísmica a menudo indican material del manto más caliente y más flotante, en consonancia 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 Hawái, lo que muestra que la columna está inclinada hasta cierto grado, desviada hacia el sur por el flujo del manto. [42] Los datos de desequilibrios en las series de desintegración del uranio han demostrado que la región de flujo activo de la zona de fusión tiene 220 ± 40 km (137 ± 25 mi) de ancho en su base y 280 ± 40 km (174 ± 25 mi) en el afloramiento del manto superior, lo que es consistente con las mediciones tomográficas. [43]

Temperatura

Estudios indirectos han descubierto que la cámara de magma se encuentra a unos 90-100 kilómetros (56-62 mi) 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 en la fusión al detener el ascenso del magma. La temperatura original del magma se encontró de dos maneras, probando el punto de fusión del granate en la lava y ajustando la lava para el deterioro del olivino . Ambas pruebas del USGS parecen confirmar la temperatura en alrededor de 1500 °C (2730 °F); en comparación, la temperatura estimada para el basalto de la dorsal oceánica es de alrededor de 1325 °C (2417 °F). [44]

La anomalía del flujo de calor superficial alrededor del oleaje hawaiano es solo del orden de 10 mW/m2 , [ 45] [46] mucho menos que el rango continental de los Estados Unidos de 25–150 mW/m2 . [ 47] Esto es inesperado para el modelo clásico de una columna caliente y flotante en el manto. Sin embargo, se ha demostrado que otras columnas muestran flujos de calor superficiales altamente variables y que esta variabilidad puede deberse al flujo variable de fluido hidrotermal en la corteza terrestre por encima de los puntos calientes. Este flujo de fluido elimina calor de la corteza de manera advectiva y, por lo tanto, el flujo de calor conductivo medido es menor que el flujo de calor superficial total real. [46] El bajo calor a lo largo del oleaje hawaiano indica que no está sostenido por una corteza flotante o litosfera superior, sino que está apuntalado por la columna de manto caliente ascendente (y, por lo tanto, menos densa) que hace que la superficie se eleve [45] a través de un mecanismo conocido como " topografía dinámica ".

Movimiento

Los volcanes hawaianos se desplazan hacia el noroeste desde el punto caliente a una velocidad de unos 5 a 10 centímetros (2,0 a 3,9 pulgadas) al año. [18] El punto caliente ha migrado hacia el sur unos 800 kilómetros (497 millas) en relación con la cadena Emperor. [25] Los estudios paleomagnéticos respaldan esta conclusión basándose en los cambios en el campo magnético de la Tierra , una imagen del cual quedó grabada en las rocas en el momento de su solidificación, [48] mostrando que estos montes submarinos se formaron en latitudes más altas que el Hawái actual. Antes de la curva, el punto caliente migraba aproximadamente 7 centímetros (2,8 pulgadas) por año; la tasa de movimiento cambió en el momento de la curva a unos 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 analizó las muestras para determinar su latitud original y, por lo tanto, las características y la velocidad del patrón de deriva del punto caliente en total. [50]

Cada volcán sucesivo pasa menos tiempo unido activamente a la columna. La gran diferencia entre las lavas más jóvenes y más antiguas entre los volcanes Emperador y Hawái indica que la velocidad del punto caliente está aumentando. Por ejemplo, Kohala, el volcán más antiguo de la isla de Hawái, 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 Detroit, experimentó 18 millones de años o más de actividad volcánica. [23]

El volcán más antiguo de la cadena, el monte submarino Meiji, encaramado 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 en 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 ha estado subduciendo bajo la placa euroasiática y si el punto caliente es más antiguo que el monte submarino Meiji, ya que cualquier monte submarino más antiguo ha sido destruido desde entonces por el margen de la placa. También es posible que una colisión cerca de la fosa de las Aleutianas haya cambiado la velocidad de la placa del Pacífico, lo que explica la curvatura de la cadena de puntos calientes; la relación entre estas características aún se está investigando. [25] [52]

Magma

Una fuente de lava en Pu'u 'O'o , un cono volcánico en el flanco del Kilauea . El Kilauea es uno de los volcanes más activos del mundo y entró en erupción casi continuamente desde el 3 de enero de 1983 hasta abril de 2018.

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, con un total de 85 millones de años. Los datos demuestran una variabilidad vertical en la cantidad de estroncio presente tanto en las lavas alcalinas (etapas iniciales) como en las toleíticas (etapas posteriores). El aumento sistemático se desacelera drásticamente en el momento de la curva. [51]

Casi todo el magma creado por el punto caliente es basalto ígneo ; los volcanes están construidos casi en su totalidad de este o de una composición similar pero de grano más grueso gabro y diabasa . Otras rocas ígneas como la nefelinita están presentes en pequeñas cantidades; estas se dan a menudo en los volcanes más antiguos, más prominentemente 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 denominan "tipo hawaiano". La lava hawaiana se derrama de los cráteres y forma largas corrientes de roca fundida brillante, que fluyen por la pendiente, cubriendo acres de tierra y reemplazando el océano con nueva tierra. [53]

Frecuencia y escala eruptivas

Representación batimétrica de la cadena de islas hawaianas que muestra las mayores profundidades en azul, las menores en rojo y la tierra expuesta en gris. La isla principal es la más alta, las que están en el medio se encuentran en una meseta elevada y otras tres islas se encuentran separadas en el extremo oeste de la cadena. Una serie de pequeñas protuberancias de elevación (montes submarinos) se encuentran al sur de la masa continental principal.
Batimetría y topografía de las islas hawaianas del sureste, con flujos de lava históricos mostrados en rojo

Hay pruebas significativas de que las tasas de flujo de lava han ido aumentando. Durante los últimos seis millones de años han sido mucho más altas que nunca, con más de 0,095 km3 ( 0,023 millas cúbicas) por año. El promedio para el último millón de años es incluso mayor, con alrededor de 0,21 km3 ( 0,050 millas cúbicas). En comparación, la tasa de producción promedio en una dorsal oceánica es de alrededor de 0,02 km3 ( 0,0048 millas cúbicas) por cada 1.000 kilómetros (621 millas cúbicas) de dorsal. La tasa a lo largo de la cadena de montes submarinos Emperor fue en promedio de alrededor de 0,01 kilómetros cúbicos (0,0024 millas cúbicas) por año. La tasa fue casi cero durante los primeros cinco millones de años aproximadamente de la vida del punto caliente. La tasa promedio de producción de lava a lo largo de la cadena hawaiana ha sido mayor, con 0,017 km3 ( 0,0041 millas cúbicas) por año. [25] En total, el punto caliente 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 volcanes individuales se ha reducido. Aunque los volcanes se han ido desplazando hacia el norte más rápido y han pasado 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 Hawái y el antiguo Maui Nui . Mientras tanto, muchos de los volcanes en los montes submarinos Emperador están separados por 100 kilómetros (62 millas) o incluso hasta 200 kilómetros (124 millas). [55] [56]

Topografía y geoide

Un análisis topográfico detallado de la cadena de montes submarinos Hawaiian-Emperor revela que el punto caliente es el centro de un alto topográfico y que la elevación disminuye con la distancia desde el punto caliente. La disminución más rápida de la elevación y la relación más alta entre la topografía y la altura del geoide se dan en la parte sureste de la cadena, disminuyendo con la distancia desde el punto caliente, 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 explicación posible es que la fuerza del punto caliente 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 la topografía dinámica como la causa, en la que el movimiento de la columna del manto caliente y boyante sostiene la topografía de la superficie alta alrededor de las islas. [45] Comprender el oleaje hawaiano tiene implicaciones importantes para el estudio de los puntos calientes, la formación de islas y el interior de la Tierra. [37]

Sismicidad

El punto caliente de Hawái es una zona sísmica altamente activa con miles de terremotos que ocurren en la isla de Hawái y sus alrededores cada año. La mayoría son demasiado pequeños para ser sentidos por la gente, pero algunos son lo suficientemente grandes como para provocar una devastación 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] Provocó 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. Los pueblos de Punaluʻu, Nīnole , Kaʻaʻawa, Honuʻapo y Keauhou Landing resultaron gravemente dañados. Según se informa, el tsunami pasó por encima de las copas de los cocoteros de hasta 60 pies (18 m) de altura y llegó tierra adentro a una distancia de un cuarto de milla (400 m) en algunos lugares. [59]

Volcanes

A lo largo de sus 85 millones de años de historia, el punto caliente 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 de los cuales 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 hawaianas del noroeste , que consisten en atolones de coral, islas extintas e islas atolón ; 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]

Características volcánicas

Zona de rift oriental de Kilauea

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 rift son una característica destacada de estos volcanes y explican su estructura volcánica aparentemente aleatoria. [62] La montaña más alta de la cadena hawaiana, Mauna Kea, se eleva 4205 metros (13 796 pies) sobre el nivel medio del mar . Medida desde su base en el lecho marino, es la montaña más alta del mundo, con 10 203 metros (33 474 pies); el monte Everest se eleva 8848 metros (29 029 pies) sobre el nivel del mar. [63] Hawái está rodeada por una gran cantidad de montes submarinos; sin embargo, se descubrió que no estaban conectados con el punto caliente y su vulcanismo. [39] El Kilauea entró en erupción continuamente entre 1983 y 2018 a través de Puʻu ʻŌʻō , un cono volcánico menor, que se ha convertido en una atracción tanto para vulcanólogos como para turistas. [64]

Deslizamientos de tierra

Las islas hawaianas están cubiertas por una gran cantidad de deslizamientos de tierra originados por derrumbes volcánicos. El mapeo batimétrico ha revelado al menos 70 grandes deslizamientos de tierra en los flancos de las islas de más de 20 km (12 mi) de longitud, y los más largos tienen 200 km (120 mi) de longitud y más de 5000 km 3 (1200 mi3) de volumen. Estos flujos de escombros se pueden clasificar en dos grandes categorías: derrumbes , movimiento en masa sobre laderas que aplanan lentamente a sus originadores, y avalanchas de escombros más catastróficas , que fragmentan laderas volcánicas y dispersan escombros volcánicos más allá de sus laderas. Estos deslizamientos han causado tsunamis y terremotos masivos , fracturado macizos volcánicos y esparcido escombros a cientos de millas de distancia de su fuente. [65] Actualmente se está produciendo un desplome activo en el flanco sur de la Isla Grande , donde el desplome de Hilina comprende una porción móvil de la masa de la isla al sur de Kīlauea. [66]

Los derrumbes suelen estar profundamente arraigados en sus creadores, desplazando rocas hasta 10 km (6 mi) de profundidad dentro del volcán. Impulsados ​​por la masa de material volcánico recién expulsado, los derrumbes pueden avanzar lentamente, o surgir en espasmos que han causado los terremotos más grandes de la historia de Hawái, en 1868 y 1975. Las avalanchas de escombros, por su parte, son más delgadas y largas, y se definen por anfiteatros volcánicos en su cabeza y terreno accidentado en su base. Las avalanchas que se mueven rápidamente arrastran bloques de 10 km (6 mi) a decenas de kilómetros de distancia, perturbando la columna de agua local y causando 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 estropeado las laderas de varios montes submarinos Emperor, como Daikakuji Guyot y Detroit Seamount. [23]

Las mediciones GPS en el flanco oriental de la isla de Hawái durante un período de 5 años muestran un patrón de colapso con velocidades de hasta 15 cm/año (5,9 pulgadas/año) en relación con la placa del Pacífico [67].

Evolución y construcción

Animación que muestra un volcán intacto que se reduce gradualmente de tamaño con parte de la lava alrededor de su perímetro reemplazada por coral.
Una secuencia animada que muestra la erosión y el hundimiento de un volcán, y la formación de un arrecife de coral a su alrededor, que finalmente da como resultado un atolón.

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 de antigüedad y luego disminuyen rápidamente. Finalmente, se vuelve 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 mediante erupciones cada vez más frecuentes. La presión del mar impide las erupciones explosivas. El agua fría solidifica rápidamente la lava, produciendo la lava almohadillada que es típica de la actividad volcánica submarina. [61] [68]

A medida que el monte submarino crece lentamente, pasa por las etapas de escudo . Forma muchas características maduras, como una caldera , mientras está sumergido. La cumbre finalmente rompe la superficie, y la lava y el agua del océano "luchan" por el control a medida que el volcán entra en la subfase explosiva . Esta etapa de desarrollo se ejemplifica con respiraderos de vapor explosivos. Esta etapa produce principalmente ceniza volcánica , un 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 es lo suficientemente alto como 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 fluida, en bloques, lenta y relativamente fácil de predecir; el USGS rastrea dónde es más probable que se extienda y mantiene un sitio turístico para ver la lava. [61] [69]

El colapso mecánico, indicado por grandes deslizamientos submarinos adyacentes a las 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 post-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 muere en su mayor parte y el volcán extinto se convierte en uno de los aproximadamente 10.000 montes submarinos estériles en todo el mundo. [61] [70] Cada monte submarino Emperador es un volcán muerto.

Desarrollo de arrecifes de coral en islas de Hawái

El crecimiento y la morfología de los arrecifes a menudo muestran la progresión desde un volcán submarino a un escudo subaéreo y luego a un monte submarino. El proceso de construcción de arrecifes alrededor de los márgenes de una isla volcánica una vez que se forma, 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 del nivel relativo del mar. Un ejemplo moderno, la bahía de Kailua frente a Oahu, Hawái, se ha estudiado ampliamente para comprender la generación de carbonato de los arrecifes, la producción de sedimentos y la deposición. Se estima que la producción bruta de carbonato es de aproximadamente 1,22 kg m −2 año −1, mientras que la producción de sedimentos a través de la bioerosión es de 0,33 kg m −2 año −1, lo que resulta en una acreción vertical promedio de 0,066 cm/año (0,026 pulgadas/año). Esta tasa es considerablemente inferior a los promedios mundiales de acreción de arrecifes de franja, de 0,1 a 0,4 cm/año (0,039 a 0,157 pulgadas/año). Los investigadores están estudiando las conexiones entre la fuerte acción de las olas, la biodiversidad de los arrecifes, el aumento del nivel del mar y la influencia antropogénica. [72] A medida que avanza el hundimiento de las islas , los arrecifes de franja se convierten en arrecifes de barrera y, una vez que el volcán se convierte en un monte submarino, los arrecifes de barrera forman atolones . El atolón Midway es un buen ejemplo de la etapa final de la evolución de una isla volcánica de punto caliente . [73]

Véase también

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  • Pele - Diosa del Fuego Archivado el 26 de marzo de 2017 en Wayback Machine : Detalles de la historia completa de Pele , según los mitos hawaianos.
  • El largo rastro del punto caliente hawaiano: artículo del USGS sobre la cadena de islas hawaianas.
  • Evolución de los volcanes hawaianos: artículo del USGS sobre la evolución de los volcanes hawaianos a lo largo del tiempo.
  • El cortometraje Inside Hawaiian Volcanoes (1989) está disponible para su visualización y descarga gratuita en Internet Archive .
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