Un concepto erróneo muy generalizado es que, bajo nuestros pies, a gran profundidad, existe una capa de magma en constante ebullición que pugna por salir a la superficie a la menor oportunidad. Sin embargo, esto no es exactamente así y el volcanismo resulta ser un fenómeno que solo se observa cuando coinciden una serie de circunstancias geodinámicas muy concretas y no del todo frecuentes. Por este motivo, el volcanismo no se distribuye de forma aleatoria sobre el planeta Tierra y, en cambio, se concentra en determinados lugares donde coinciden esas circunstancias excepcionales.
Hasta donde sabemos hoy en día, una particularidad de la Tierra respecto a otros planetas del sistema solar es que su geodinámica está controlada por la denominada “tectónica de placas”. Según esta teoría, la superficie terrestre se divide en una serie de placas relativamente rígidas, que se desplazan muy lentamente unas respecto a otras. Se conoce la forma y límites de esas placas y resulta que lo primero que podemos observar en un mapa de distribución del volcanismo en la Tierra (Figura 1) es que en su mayor parte está relacionado con bordes de placa. En el marco de la tectónica de placas, estas zonas son los lugares donde las placas tectónicas colisionan (bordes convergentes) o se separan (bordes divergentes). Así, el volcanismo aparece en bordes divergentes como las dorsales oceánicas, donde se genera nuevo suelo oceánico, o en bordes convergentes como las zonas de subducción, donde dos placas chocan y una se hunde por debajo de otra. Este último caso es el que domina en el conocido como “anillo de fuego” (Ring of Fire) que rodea el océano Pacífico. Existen también casos aparentemente anómalos donde el volcanismo aparece en el interior de una placa, pero son más raros y, aun así, tienen explicación en el contexto de la tectónica de placas. Es decir, aunque hay una tendencia general a que el volcanismo se concentre en determinados lugares, existe una variedad de escenarios geodinámicos donde lo hace. Veamos por qué.
La información que nos proporcionan los métodos geofísicos (fundamentalmente basados en la propagación de ondas sísmicas), es que la mayoría de los magmas que finalmente dan lugar a volcanismo, proceden de diferentes zonas del manto terrestre, alrededor de la base de la litosfera (la capa externa más rígida, que comprende la corteza y la parte menos profunda del manto, Figura 2). La combinación de datos geofísicos, petrológicos y geoquímicos disponibles, que sería demasiado extenso explicar en este artículo, nos han permitido identificar que esa zona de la Tierra está compuesta mayoritariamente por un tipo de rocas de alta densidad denominado “peridotitas”, compuestas básicamente por olivino y piroxenos, además de otros minerales en menor proporción (Figura 3).
Por otro lado, también sabemos que la temperatura en el interior de la Tierra aumenta de forma progresiva siguiendo lo que se conoce como “gradiente geotérmico” o “geoterma”, una curva que relaciona la variación de la temperatura con la profundidad a razón de unos 30° C por kilómetro como promedio, aunque sabemos por los datos geofísicos que esa variación no es constante. Asimismo, la termodinámica y estudios experimentales nos permiten reconstruir una curva que relaciona el momento en que una roca empieza a fundir (el sólidus) en función de factores como la presión (P) y la temperatura (T). Así, si dibujamos en un diagrama P-T la geoterma y el sólidus de las peridotitas, podemos comprobar que, en condiciones normales, no se produce su fusión (Figura 4).
Entonces, ¿cómo se puede producir magma y por qué es un fenómeno sobre todo relacionado con los bordes de placa? La única manera es que exista algún mecanismo por el que, bien la geoterma o bien el sólidus (o ambas), cambien su forma y lleguen a cruzarse. Puesto que la temperatura aumenta con la profundidad debido a la disipación del calor interno de la Tierra y esto es un fenómeno relativamente homogéneo a nivel planetario, es más fácil que la forma de la geoterma cambie debido a variaciones de la presión. Como podemos ver en la Figura 4, en los bordes divergentes, el adelgazamiento de la litosfera provoca una distensión y el ascenso del manto hacia regiones de menor presión, con lo que la isoterma modifica su curvatura y puede llegar a cortar el sólidus de las peridotitas, dando lugar a fundidos.
Por el contrario, en bordes convergentes lo lógico es que la presión no disminuya, sino que aumente. Este es el caso de placas que colisionan como en la cordillera del Himalaya, haciendo que la fusión sea incluso más difícil de lo normal. Sin embargo, en las zonas de subducción (otro tipo de bordes convergentes) se produce un fenómeno interesante que da lugar a magmatismo con relativa facilidad. En esos bordes, la placa que subduce que es típicamente oceánica, inyecta materiales procedente de la superficie (básicamente, rocas ígneas, sedimentos y agua), que al profundizar y, por tanto, calentarse, se empiezan a desestabilizar y generar fluidos que ascienden y modifican la composición geoquímica y mineralógica de las peridotitas que se encuentran en el manto suprayacente, modificando su curva de sólidus y pudiendo llegar a cruzar la geoterma en esa región (que también se modifica debido a los cambios de presión y la inyección de materiales con diferente temperatura), dando lugar a magmatismo. Este es un fenómeno muy habitual cuando subducen las placas oceánicas, como sucede en el “Anillo de Fuego” del Pacífico (Figura 1), pero no se restringe solo a ellas.
Finalmente, tenemos el caso del volcanismo que aparece en el interior de placas. Se ha observado que en muchos casos este volcanismo, como es el caso de Hawaii, está relacionado con lo que se denominan “puntos calientes”. Se trata de un fenómeno excepcional, donde una columna de material muy profundo (usualmente procedente del límite manto-núcleo) y, por tanto, a temperaturas mayores que las que imperan en el manto superior, asciende de forma adiabática y permanece estacionaria descomprimiéndose y perturbando la geoterma significativamente, facilitando la fusión. Estas columnas de material caliente se denominan “plumas mantélicas”, forman parte de los sistemas de disipación del calor interno de los sistemas planetarios y en la Tierra se han podido observar mediante tomografía sísmica (Figura 6).
Pero no todo el volcanismo en interior de placas se debe a puntos calientes. En otros casos, modificaciones de la composición del manto ocurridas en el pasado geológico, como por ejemplo similares a las que hemos descrito en zonas de subducción, si posteriormente se produce la distensión de la litosfera (por causas tectónicas), sólidus y geoterma se pueden cruzar y favorecer la generación de magmas mucho tiempo después de que hubiera existido un fenómeno de subducción o la presencia de una pluma mantélica. Y por supuesto, podemos encontrarnos con todo tipo de situaciones intermedias, como por ejemplo el caso de Islandia: una isla volcánica provocada por una pluma mantélica situada precisamente en un borde divergente (la dorsal centro-atlántica).
Hasta aquí hemos repasado las condiciones básicas que pueden generar los magmas que posteriormente pueden dar lugar a volcanismo que, como hemos visto, necesitan unas condiciones muy específicas para producirse. Pero, aunque son condiciones necesarias, no son suficientes para que finalmente aparezca un volcán en un punto concreto. Aunque el magma tiene una densidad inferior al de la litosfera y, por tanto, tendería a ascender, el magma rara vez se abre camino por sí mismo y necesita que la estructura de la litosfera favorezca su ascenso, fundamentalmente por la presencia de una fracturación previa y cierto grado de distensión a nivel local. Pero eso, ya es otra historia.
Referencias
- Zhao, D., Toyokuni, G., & Kurata, K. (2020). Deep mantle structure and origin of Cenozoic intraplate volcanoes in Indochina, Hainan and South China Sea. Geophysical Journal International, 225(1), 572–588. doi: 10.1093/gji/ggaa605
José María Cebriá
Doctor en Ciencias Geológicas. Investigador del Instituto de Geociencias (CSIC-UCM)
