Los investigadores de ETH muestran que las cámaras de magma debajo de los supervolcanes se parecen más a esponjas empapadas que a depósitos de roca fundida. Antes de que entre en erupción un volcán de este tipo, tal papilla debe reactivarse lentamente por la entrada de calor que sigue a una profunda recarga de magma derivada en última instancia del manto de la Tierra.

Los supervolcanes son superlativos en todos los aspectos. La erupción de la caldera de Toba en la actual Indonesia aproximadamente 74, Hace 000 años fue tan poderoso que condujo a un período de enfriamiento global y, posiblemente, una caída drástica de la población de la humanidad. Hace alrededor de 2,1 millones de años, la primera de las tres erupciones del supervolcán de Yellowstone en los Estados Unidos formó un cráter con un área de 50 x 80 kilómetros. Aproximadamente 2, En el proceso se expulsaron 800 kilómetros cúbicos de material, entre 10 y 20 veces más que en la erupción del monte Tambora en Indonesia en 1815. Incluso esta erupción relativamente pequeña, considerado el más grande de los últimos tiempos, produjo efectos que se podían sentir en todo el mundo.

Sin embargo, Los supervolcanes son difíciles de estudiar y, por lo tanto, continúan desconcertando a los investigadores hasta el día de hoy. Por ejemplo, los científicos están de acuerdo en que debe haber una cámara de magma a una profundidad de unos pocos kilómetros en la corteza terrestre, que contiene material que se escapa durante una erupción. Sin embargo, los expertos no se ponen de acuerdo sobre la forma y la consistencia de dicho depósito.

Piscina vs bloque solidificado

Algunos geólogos asumen que las calderas, como se conocen los cráteres de los supervolcanes, sentarse encima de un gigantesco depósito de magma líquido incrustado en la corteza terrestre. El manto suministra material y calor a este depósito, y un supervolcán de este tipo puede entrar en erupción explosivamente en cualquier momento.

Otros consideran más plausible que la cámara de magma se haya enfriado por completo y solidificado, y que sólo se vuelve líquido por una afluencia masiva de calor del manto. Solo entonces puede tener lugar una erupción.

"Probablemente ninguna de las teorías sea correcta, "dice Olivier Bachmann, Catedrático de Vulcanología en ETH Zurich. Bachmann y su grupo han publicado dos artículos en la revista Naturaleza Geociencia , en el que demuestran que la verdad puede encontrarse en algún lugar entre estos dos extremos.

¿La verdad en algún lugar intermedio?

"La cámara de magma de un supervolcán no se parece a una olla de sopa que pueda hervir en cualquier momento y ante la menor provocación, "Explica Bachmann. Del mismo modo, dice que es incorrecto suponer que el magma se ha enfriado para formar un cuerpo completamente solidificado, ya que reactivar un cuerpo de este tipo requeriría una enorme afluencia de calor en muy poco tiempo. Además, Las sustancias volátiles como el agua y el CO2 se escaparían del cuerpo durante el enfriamiento y la solidificación. Sin embargo, estas sustancias son esenciales para una erupción, ya que sirven para acumular la presión correspondiente en la cámara de magma.

Tomando como ejemplo la erupción del supervolcán "Kneeling Nun Tuff" en Nuevo México, Los estudios realizados por el estudiante de doctorado de Bachmann, Dawid Szymanowski, demostraron que la cámara de magma de un supervolcán contiene una mezcla de líquido y cristalino, es decir, solidificado - magma. Más del 40 al 50 por ciento del depósito está presente en forma cristalina. En opinión del investigador de ETH, las cámaras pueden presentar una textura esponjosa, con una estructura de malla de roca cristalizada y poros que contienen material fundido - papilla de cristal, como lo llama Szymanowski.

Minerales raros como registradores de datos

Es probable que esta papilla permanezca en la cámara de magma durante mucho tiempo antes de ser arrojada a la superficie. Szymanowski deriva esta conclusión del análisis de circón y titanita, dos oligoelementos que están presentes en el magma. El circón es el material cristalino de las muestras de rocas más antiguas conocidas en la Tierra; algunos cristales encontrados en Australia tienen aproximadamente 4.400 millones de años.

Los cristales de circón y titanita registran no solo el momento en que se formaron, sino también la temperatura durante su formación, ya que esta temperatura influye en la incorporación de elementos químicos en la red cristalina. Después de la formación de cristales, la composición química de estos minerales en una cámara de magma permanece esencialmente sin cambios incluso si las condiciones en la cámara de magma cambian significativamente.

Al analizar la edad y la composición química de los cristales de circón y titanita de diferentes rocas en el laboratorio, los investigadores obtienen información sobre cómo ha cambiado la temperatura de una cámara de magma con el tiempo. La erupción trae estos dos minerales a la superficie, donde se pueden encontrar en los correspondientes estratos rocosos.

De estos análisis, los vulcanólogos de ETH concluyeron que la temperatura en la cámara de magma que alimentó la erupción de Kneeling Nun Tuff debe haber permanecido entre 680 y 730 grados Clesius durante más de medio millón de años. De los minerales los investigadores pudieron determinar que el supervolcán tardó mucho tiempo en "cargarse" por completo y alcanzar el punto de erupción.

El modelo numérico admite análisis de minerales

Los análisis de minerales también están respaldados por un modelo informático creado por Ozge Karakas, un postdoctorado en el grupo de Bachmann. Este modelo fue publicado en junio, también en la revista Naturaleza Geociencia - y describe un sistema compuesto por una cámara de magma en la corteza superior que está conectada con otras cámaras en la corteza inferior.

El magma de "fuente" caliente se forma en el manto a una temperatura de aproximadamente 1, 200 grados antes de subir a través de grietas y chimeneas hacia la corteza superior. Una vez ahí, forma un reservorio, que se enfría y cristaliza parcialmente, pero puede sobrevivir como una papilla de cristal durante cientos de miles de años.

Usando el modelo, los científicos pudieron demostrar que la formación de un reservorio permanente en la corteza superior no requiere cantidades gigantescas de material del manto en cortos períodos de tiempo. "Las condiciones en la corteza superior no son adecuadas para recolectar y almacenar tanto material muy rápidamente, "dice Karakas. Sin embargo, el geólogo dice que el reservorio necesita una conexión con el magma en el manto inferior para asegurar el transporte de calor, y enfatiza que, hasta ahora, los investigadores no habían incluido la corteza inferior en sus consideraciones. "Sin ello, sin embargo, no habría supervolcanes ".

Eventos muy raros

Por tanto, tanto el modelo como los análisis minerales apuntan a la idea de que los supervolcanes se forman y maduran durante períodos de tiempo muy largos. y que solo pueden entrar en erupción a intervalos de decenas de miles de años. "El magma se conserva principalmente como un tipo de cristalino, estructura esponjosa. Y siempre debe reactivarse mediante una afluencia de calor antes de que pueda estallar, "dice Olivier Bachmann, resumiendo los hallazgos.

No es posible predecir cuándo está a punto de ocurrir la próxima erupción del supervolcán basándose en los nuevos hallazgos, ya que el sistema aún no se comprende con suficiente detalle. Sin embargo, los mecanismos de crecimiento y reactivación de depósitos de magma gigantes se vuelven más claros, y eso puede ayudar a evaluar mejor los signos del despertar de esos sistemas en el futuro. "En cualquier caso, y afortunadamente para nosotros, la erupción de un supervolcán es un evento muy raro, "dice Bachmann.