Cómo funcionan y se forman los volcanes

Siempre que hay una gran erupción volcánica en el mundo, se ven gran cantidad de artículos de prensa y noticias que cubren la catástrofe, todas haciendo hincapié en un conjunto familiar de palabras (violento, furioso, impresionante). Cuando nos enfrentamos a un volcán en erupción, la gente hoy en día comparte muchos de los mismos sentimientos que los observadores de volcanes han tenido a lo largo de la historia humana; “el temor de la potencia destructiva de la naturaleza, y lo perturbados que estamos por el pensamiento de que una montaña pacífica pueda convertirse, de repente, un fuerza destructiva imparable”.

image55Aunque los científicos han aclarado mucho del misterio que rodea a los volcanes, nuestro conocimiento no ha hecho a los volcanes menos increíbles. En este artículo echaremos un vistazo a las poderosas fuerzas violentas que crean las erupciones, y veremos cómo estas erupciones construyen estructuras volcánicas, como islas.

Cuando pensamos en los volcanes, la primera imagen que nos viene a la mente es, probablemente, una montaña alta, cónica con lava naranja saliendo de la parte superior. Es cierto que existen muchos volcanes de este tipo, pero el término volcán, en realidad, describe una gama mucho más amplia de fenómenos geológicos.

En términos generales, un volcán es cualquier lugar en un planeta donde el material desde el interior del planeta se abre paso a través de la superficie del planeta. Una de estas formas es “material escupido desde lo alto de una montaña”, pero hay otras formas también.

Magma y Placas tectónicas

La primera pregunta que nos surge al pensar en un volcán es: ¿qué es exactamente ese “material” de adentro? En nuestro planeta, es el magma, roca fundida fluida. Este material es parcialmente líquido, parcialmente sólido y parcialmente gaseoso. Para entender de dónde viene, debemos tener en cuenta la estructura del planeta Tierra.

La tierra se compone de muchas capas, más o menos divididas en tres mega-capas: el núcleo, el manto y la corteza exterior:

• Todos vivimos en la corteza rígida exterior, que tiene de 3 a 6 millas (5 a 10 km) de espesor debajo de los océanos y de 20 a 44 millas (32 a 70 km) de espesor bajo la tierra. Esto puede parecer bastante grueso para nosotros, pero en comparación con el resto del planeta, es muy delgada, igual que la piel exterior en una manzana.

• Directamente debajo de la corteza exterior está el manto, la capa más grande de la tierra. El manto es muy caliente, pero en su mayor parte, se mantiene en estado sólido debido a que la presión en el interior del planeta es tan grande que el material no puede derretirse. En ciertas circunstancias, sin embargo, el material del manto se funde, formando magma que se abre paso a través de la corteza exterior.

En la década de 1960, los científicos desarrollaron una teoría revolucionaria, llamada tectónica de placas. La tectónica de placas sostiene que la litosfera, una capa de material rígido compuesto por la corteza exterior y la parte superior del manto, se divide en siete grandes placas y varias placas más pequeñas. Estas placas derivan lentamente sobre el manto de abajo, que está lubricado por una suave capa llamada astenosfera. La actividad en el límite entre algunas de estas placas es el principal catalizador para la producción de magma.

Cuando se encuentran las diferentes placas, por lo general interactúan en una de cuatro maneras:

  • Si las dos placas se alejan una de la otra, dorsal oceánica o continental, dependiendo de si las placas se encuentran bajo el mar o en tierra. A medida que las dos placas se separan, la roca del manto de la capa astenosfera fluye hacia arriba, en el vacío entre las placas. Dado que la presión no es tan grande en este nivel, la roca del manto se funde, formando magma. A medida que el magma fluye hacia fuera, se enfría, endureciéndose de nuevo para formar una nueva corteza. Esto llena en el espacio creado por las placas divergentes. Este tipo de producción de magma se llama centro de difusión del vulcanismo.
  • En el punto donde chocan dos placas, una placa puede ser empujada por debajo de la otra placa, por lo que se hunde en el manto. Este proceso, llamado subducción, por lo general forma una trinchera, una zanja muy profunda, por lo general en el fondo del océano. A medida que la litosfera rígida empuja hacia abajo en el hidromasaje, el manto de alta presión, se calienta. Muchos científicos creen que la capa de la litosfera que se hunde no puede fundirse a esta profundidad, pero que las fuerzas de calor y presión  fuerzan al agua fuera de la placa y en la capa de manto por encima. El aumento del contenido de agua disminuye el punto de fusión de la roca del manto en esta cuña, haciendo que se funda en magma. Este tipo de producción de magma se llama zona de subducción del vulcanismo.
  • Si las placas chocan y ninguna placa se hunde debajo de la otra, el material de la corteza se “arruga”, empujando hacia arriba y creando montañas. Este proceso no produce volcanes.
  • Algunas placas se mueven una contra la otra, en lugar de empujarse o separarse. Estos  procesos solo transforman los límites de placas y rara vez producen la actividad volcánica.

Formación de los volcanes

El magma también puede empujar hacia arriba, bajo el centro de una placa de la litósfera, aunque esto es mucho menos común que la producción de magma alrededor de los límites de placas. Esta actividad volcánica inter-placas es causada por material del manto, inusualmente caliente, que se forma en el manto inferior y empuja la parte superior del manto. El material del manto, que forma una forma de penacho de 500 a 1.000 km de ancho, crea “pozos” o puntos calientes bajo un punto determinado de la tierra. Debido al calor inusual de este material de manto, que se derrite, se forma magma justo debajo de la corteza terrestre. El propio punto caliente es estacionario; pero a medida que una placa continental pasa sobre el terreno, el magma crea una cadena de volcanes, que mueren una vez que se mueven más allá del punto caliente. Los volcanes de Hawaii fueron creadas por un punto tan caliente, que parece haber durado por lo menos 70 millones de años.

Cuando los cambios de roca sólida forman a un material rocoso más líquido, se vuelve menos denso que la roca sólida que lo rodea. Debido a esta diferencia en la densidad, el magma empuja hacia arriba con gran fuerza (por la misma razón que el helio en un globo empuja hacia arriba a través del aire circundante más denso y el aceite empuja hacia arriba a través del agua circundante más densa). A medida que empuja hacia arriba, su intenso calor derrite un poco más de roca, añadiendola a la mezcla de magma.

El magma se sigue moviendo a través de la corteza terrestre, a menos que su presión al alza sea superada por la presión de la roca sólida que lo rodea. En este punto, el magma se acumula en cámaras de magma debajo de la superficie de la tierra. Si la presión del magma se eleva a un nivel lo suficientemente alto, una grieta se abre en la corteza terrestre, y la roca fundida brotará en la superficie terrestre.

Si esto sucede, el magma que fluye (ahora se llama lava) forma un volcán. La estructura del volcán, y la intensidad de la erupción volcánica, depende de un número de factores, principalmente la composición del magma.

Erupciones de magma

Los volcanes varían mucho en su poder destructivo. Algunos volcanes estallan violentamente, destruyendo todo en un radio de cinco kilómetros en cuestión de minutos, mientras que otros volcanes filtran lava tan lentamente que se puede caminar con seguridad a su alrededor. La gravedad de la erupción depende principalmente de la composición del magma.

La primera cuestión a abordar es: ¿por qué el magma entra en erupción? La fuerza de la erupción generalmente proviene de la presión del gas. El material que forma el magma contiene gran cantidad de gases disueltos. Los gases se mantienen en este estado disuelto, siempre y cuando la presión de confinamiento de la roca circundante sea mayor que la presión de vapor del gas. Cuando este equilibrio se rompe, el gas disuelto se expande, y forma pequeñas burbujas de gas, llamadas vesículas, en el magma. Esto ocurre si se produce una de dos cosas:

  • La presión de confinamiento disminuye, debido a la descompresión del magma ascendente desde el punto de mayor presión a un punto de presión más baja.
  • Aumenta la presión de vapor debido a que el magma se enfría, iniciándose un proceso de cristalización que enriquece el contenido de gas del magma.

En cualquier caso, lo que se obtiene es un magma lleno de pequeñas burbujas de gas, que tienen una densidad mucho más baja que el magma circundante, y empujan para escapar. La misma cosa sucede cuando se abre una botella de soda, particularmente después sacudirla. Al descomprimir el refresco (abriendo la botella), las pequeñas burbujas de gas empujan hacia fuera y escapan. Si se agita el frasco primero, las burbujas están todas mezclados en el refresco y empujan mucho de la soda. Esto es cierto para volcanes también, a medida que las burbujas se escapan, empujan el magma, causando una erupción.

La naturaleza de esta erupción depende principalmente del contenido de gas y la viscosidad del material de magma. La viscosidad es sólo la capacidad de resistir el flujo (en esencia, es lo contrario de la fluidez). Si el magma tiene una alta viscosidad, significa que se resiste a fluir, las burbujas de gas tendrán un tiempo difícil para escapar del magma, ​​por lo que empujarán más material, causando una erupción más grande. Si el magma tiene una viscosidad más baja, las burbujas de gas podrán escapar del magma con mayor facilidad, por lo que la lava no hará erupción tan violentamente.

Por supuesto, esto se equilibra con el contenido de gas (si el magma contiene más burbujas de gas, tendrá una erupción más violenta, y si contiene menos gas, tendrá una erupción más calmada). Ambos factores se determinan por la composición del magma. Generalmente, la viscosidad se determina por la proporción de silicio en el magma, debido a la reacción del metal con el oxígeno, un elemento que se encuentra en la mayoría de los magmas. El contenido de gas varía dependiendo de qué tipo de material es fundido para formar el magma.

Como regla general, las erupciones más explosivas provienen de magmas que tienen niveles elevados de gas y alta viscosidad, mientras que las erupciones más tenues provienen de magmas con bajos niveles de gas y baja viscosidad.

Si la viscosidad y la presión del gas son lo suficientemente bajos, la lava fluirá lentamente sobre la superficie de la tierra cuando el volcán magmaentre en erupción, con un mínimo de explosión. Si bien estos flujos efusivos de lava pueden crear un daño considerable en la vida silvestre y las estructuras hechas por el hombre, no son particularmente peligrosos para las personas, ya que se mueven tan lentamente, que todos tienen tiempo para salir del camino.

Si hay una buena cantidad de presión, sin embargo, un volcán comenzará su erupción con un lanzamiento explosivo del material en el aire. Por lo general, esta erupción está compuesta por gases calientes, cenizas y rocas piro clásticas (material volcánico en forma sólida).

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