Los volcanes entran en erupción cuando el magma se eleva a través de grietas en la corteza terrestre, pero los procesos exactos que conducen al derretimiento de las rocas en el manto de la Tierra debajo son difíciles de estudiar.

En nuestro periódico, publicado hoy en la revista Naturaleza , mostramos cómo es posible utilizar mediciones satelitales de los movimientos de la superficie de la Tierra para observar el proceso de fusión en las profundidades de la Isla Norte central de Nueva Zelanda, una de las regiones volcánicas más activas del mundo.

Rifting en la zona volcánica de Taupo

La capa exterior sólida de la Tierra se conoce como corteza, y esto cubre el manto de la Tierra. Pero estas capas no son fijas. Se dividen en placas tectónicas que se mueven lentamente entre sí.

Es a lo largo de los límites de las placas tectónicas donde ocurre la mayor parte de la acción geológica en la superficie de la Tierra, como terremotos, actividad volcánica y construcción de montañas. Esto hace de Nueva Zelanda un lugar particularmente dinámico, geológicamente hablando, porque se extiende a ambos lados del límite entre las placas de Australia y el Pacífico.

La región central de la Isla Norte se conoce como la zona volcánica de Taupo, o TVZ. Lleva el nombre del lago Taupo, el cráter inundado del volcán más grande de la región, y ha estado activo durante dos millones de años. Varios volcanes continúan haciendo erupciones con regularidad.

La TVZ es el extremo sur de una zona de expansión, o rifting, en la corteza terrestre que se extiende mar adentro durante miles de kilómetros, todo el camino hacia el norte en el Océano Pacífico hasta Tonga. Costa afuera, esto tiene lugar a través del fondo marino que se extiende en el Havre Trough, creando tanto una nueva corteza oceánica como una estrecha franja de placa a lo largo del borde de la placa tectónica australiana. Asombrosamente, esta propagación ocurre al mismo tiempo que la placa tectónica del Pacífico adyacente se desliza debajo de la placa australiana en una zona de subducción, desencadenando algunos de los mayores terremotos en la región.

La expansión del fondo marino da como resultado el derretimiento del manto de la Tierra, pero es muy difícil observar este proceso directamente en las profundidades del océano. Sin embargo, El fondo marino que se extiende en el Havre Trough hace una transición abrupta en tierra hacia la actividad volcánica en la TVZ. Esto brinda la oportunidad de observar el derretimiento del manto terrestre en la tierra.

En general, La actividad volcánica ocurre siempre que hay roca fundida en profundidad, y por lo tanto, el vulcanismo en la Isla Norte indica grandes volúmenes de roca fundida debajo de la superficie. Sin embargo, Ha sido un problema complicado entender exactamente qué está causando el derretimiento en primer lugar, porque las rocas subyacentes están enterradas por gruesas capas de material volcánico.

Hemos abordado este problema utilizando datos de sensores del Sistema de posicionamiento global (GPS), algunos de los cuales forman parte de la red GeoNet de Nueva Zelanda y otros que se han utilizado en campañas de medición desde 1995. Los sensores miden los cambios horizontales y verticales en la superficie de la Tierra con precisión milimétrica, y nuestra investigación se basa en datos recopilados durante las últimas dos décadas.

Flexión de la superficie de la tierra

Las mediciones de GPS en la zona volcánica de Taupo revelan que se está ensanchando de este a oeste a un ritmo de 6 a 15 milímetros por año; en otras palabras, la región, en general, se esta expandiendo, como anticipamos de nuestra comprensión geológica previa. Pero fue sorprendente descubrir que, al menos durante los últimos 15 años, un tramo de aproximadamente 70 kilómetros está experimentando una fuerte contracción horizontal y también está disminuyendo rápidamente, todo lo contrario de lo que uno podría anticipar.

También inesperadamente, la zona de contracción está rodeada de regiones que se están expandiendo, pero también edificante. Tratar de dar sentido a estas observaciones resultó ser la clave para nuestra nueva percepción del proceso de fusión debajo de la TVZ.

Encontramos que el patrón de contracción y hundimiento, junto con la expansión y la elevación, en el contexto de la ruptura general de TVZ, podría explicarse por un modelo simple que implica la flexión y curvatura de una corteza superior elástica, tirado hacia abajo o empujado hacia arriba por una fuerza impulsora vertical subyacente. El tamaño de la región que se comporta así, extendiéndose por unos 100 kilómetros de ancho y 200 kilómetros de largo, requiere que esta fuerza se origine a casi 20 kilómetros bajo tierra, en el manto de la Tierra.

Derritiendo el manto

Cuando las placas tectónicas se separan en el fondo del mar, el manto subyacente se eleva para llenar el espacio. Este afloramiento desencadena el derretimiento, y la razón de esto es tan caliente, pero sólido Las rocas del manto sufren una reducción de presión a medida que se mueven hacia arriba y más cerca de la superficie de la Tierra. Esta caída de presión en lugar de un cambio de temperatura, comienza el derretimiento del manto.

Pero hay otra propiedad de este flujo de manto ascendente, porque también crea una fuerza de succión que tira hacia abajo la corteza suprayacente. Esta fuerza surge porque como parte del flujo, las rocas tienen que "doblar una esquina" cerca de la superficie de un flujo predominantemente vertical a uno predominantemente horizontal.

Resulta que la fuerza de esta fuerza depende de qué tan rígidas o pegajosas sean las rocas del manto, medido en términos de viscosidad (es difícil impulsar el flujo de fluidos muy viscosos o pegajosos, pero fácil en las líquidas).

Los estudios experimentales han demostrado que la viscosidad de las rocas en las profundidades de la Tierra es muy sensible a la cantidad de material fundido que contienen. y proponemos que los cambios en la cantidad de masa fundida proporcionan un mecanismo poderoso para cambiar la viscosidad del manto afloramiento. Si las rocas del manto no contienen mucho derretimiento, serán mucho más pegajosos, provocando que la corteza suprayacente se derribe rápidamente. Si las rocas se acaban de derretir, entonces esto hace que el flujo de las rocas sea más fluido, permitiendo que la corteza suprayacente salte de nuevo.

También sabemos que los movimientos que observamos en la superficie con GPS deben tener una duración relativamente corta, geológicamente hablando, durando no más de unos pocos cientos o miles de años. De lo contrario, resultarían en cambios profundos en el paisaje y no tenemos evidencia de eso.

Usando GPS, no solo podemos medir la fuerza de la fuerza de succión, pero podemos "ver" dónde, por cuanto tiempo, y cuánto se está derritiendo el manto subyacente. Este derretimiento eventualmente se elevará a través de la corteza para alimentar a los volcanes suprayacentes.

Esta investigación nos ayuda a comprender cómo funcionan los sistemas volcánicos en una variedad de escalas de tiempo, de humano a geológico. De hecho, puede ser que las mediciones de GPS realizadas durante las últimas dos décadas hayan capturado un cambio en la cantidad de fusión del manto en profundidad, lo que podría presagiar el inicio de una mayor actividad volcánica y el riesgo asociado en el futuro. Pero todavía no tenemos mediciones durante un período de tiempo lo suficientemente largo como para hacer predicciones confiables.

El punto clave aquí es, sin embargo, que hemos entrado en una nueva era en la que las mediciones satelitales se pueden utilizar para sondear la actividad a 20 kilómetros por debajo de la superficie de la Tierra.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.