Punto de interés en Islandia

La pluma de Islandia es un supuesto ascenso de roca anómalamente caliente en el manto terrestre bajo Islandia . Se cree que su origen se encuentra en las profundidades del manto, quizás en el límite núcleo-manto a unos 2880 km (1790 millas) de profundidad. Existen diferentes opiniones sobre si los estudios sísmicos han detectado dicha estructura. ^{[ 8 ]} En este contexto, el vulcanismo de Islandia se atribuye a esta pluma, según la teoría de W. Jason Morgan . ^{[ 9 ]}  

Se cree que un penacho del manto se encuentra debajo de Islandia, cuyo punto caliente se considera su expresión superficial, y que la presencia del penacho intensifica el vulcanismo ya causado por la separación de placas. Además, los basaltos de inundación en los márgenes continentales de Groenlandia y Noruega , la orientación oblicua de los segmentos de la dorsal de Reykjanes con respecto a su dirección de expansión y el mayor espesor de la corteza ígnea encontrado a lo largo de las dorsales meridionales de Aegir y Kolbeinsey pueden ser resultado de la interacción entre el penacho y la dorsal mesoatlántica . ^{[ 10 ]} Se cree que el tallo del penacho es bastante estrecho, quizás de 100 km (62 mi) de ancho y se extiende hasta al menos 400–650 km (250–400 mi) por debajo de la superficie terrestre, y posiblemente hasta el límite núcleo-manto , mientras que la cabeza del penacho puede tener más de 1000 km (620 mi) de diámetro. ^{[ 10 ] [ 11 ]}      

Se sugiere que la falta de una trayectoria progresiva en el tiempo de los montes submarinos se debe a la ubicación de la pluma debajo del grueso cratón de Groenlandia (Laurentia) durante ~ 15 millones de años después de la ruptura continental, ^{[ 12 ]} y el posterior encajonamiento del material de la pluma en la parte norte de la Dorsal Mesoatlántica después de su formación. ^{[ 10 ]}

Historia geológica

Según el modelo de pluma , la fuente del vulcanismo islandés se encuentra profundamente bajo el centro de la isla. Las rocas volcánicas más antiguas atribuidas a la pluma se encuentran a ambos lados del Atlántico. Se ha determinado que sus edades están entre 64 y 58 millones de años. ^{[ 13 ] : 73–74} Esto coincide con la apertura del Atlántico Norte a finales del Paleoceno y principios del Eoceno , lo que ha llevado a sugerir que la llegada de la pluma estuvo vinculada a, y tal vez contribuyó a, la ruptura de ^{[ 14 ]} Laurasia . En el marco de la hipótesis de la pluma, el vulcanismo fue causado por el flujo de material caliente de la pluma inicialmente bajo una litosfera continental gruesa y luego bajo la litosfera de la cuenca oceánica en crecimiento a medida que avanzaba la rifting. La posición exacta de la columna en ese momento es motivo de desacuerdo entre los científicos, ^{[ 15 ]} al igual que si se cree que la columna ascendió desde el manto profundo solo en ese momento o si es mucho más antigua y también responsable del vulcanismo antiguo en el norte de Groenlandia, en la isla Ellesmere y en Alpha Ridge en el Ártico. ^{[ 16 ]}

A medida que el Atlántico Norte se abrió al este de Groenlandia durante el Eoceno, América del Norte y Eurasia se separaron; la Dorsal Mesoatlántica se formó como un centro de expansión oceánica y parte del sistema volcánico submarino de dorsales oceánicas . ^{[ 17 ]} La cabeza inicial de la pluma pudo haber tenido varios miles de kilómetros de diámetro, y erupcionó rocas volcánicas a ambos lados de la cuenca oceánica actual para producir la Provincia Ígnea del Atlántico Norte . ^{[ 13 ] : 74} Con una mayor apertura del océano y la deriva de la placa, se postula que la pluma y la Dorsal Mesoatlántica se acercaron entre sí y finalmente se encontraron. El exceso de magmatismo que acompañó la transición del vulcanismo de inundación en Groenlandia, Irlanda y Noruega a la actividad islandesa actual fue el resultado del ascenso de la fuente del manto caliente bajo una litosfera progresivamente más delgada, según el modelo de pluma, o una parte inusualmente productiva postulada del sistema de dorsales oceánicas. ^{[ 18 ]} Algunos geólogos han sugerido que la pluma de Islandia podría haber sido responsable del levantamiento paleógeno de las montañas escandinavas al producir cambios en la densidad de la litosfera y la astenosfera durante la apertura del Atlántico Norte. ^{[ 19 ]} Hacia el sur, el levantamiento paleógeno de las tierras calcáreas inglesas que resultó en la formación de la superficie subpaleógena también se ha atribuido a la pluma de Islandia. ^{[ 20 ]}

Existe una dorsal extinta en el oeste de Islandia, lo que lleva a la teoría de que la pluma se ha desplazado hacia el este con el tiempo. La corteza más antigua de Islandia tiene más de 20 millones de años y se formó en un antiguo centro de expansión oceánica en la región de los Fiordos Occidentales (Vestfirðir). ^{[ 13 ] : 74} El movimiento hacia el oeste de las placas y la dorsal sobre la pluma y la fuerte anomalía térmica de esta última hicieron que este antiguo centro de expansión cesara hace 15 millones de años y condujera a la formación de uno nuevo en el área de las actuales penínsulas de Skagi y Snæfellsnes ; en esta última todavía hay cierta actividad en forma del volcán Snæfellsjökull . El centro de expansión, y por lo tanto la actividad principal, se desplazó nuevamente hacia el este hace 9 a 7 millones de años y formó las zonas volcánicas actuales en el suroeste ( Reykjanes , Hofsjökull ) y el noreste ( Tjörnes ). Actualmente, se produce una disminución gradual de la actividad en el noreste, mientras que la zona volcánica en el sureste ( Katla , Vatnajökull ), que se inició hace 3 millones de años, se desarrolla. ^{[ 21 ]} La reorganización de los límites de las placas en Islandia también se ha atribuido a la tectónica de microplacas, ^{[ 18 ]} y existe una microplaca de Hreppar independiente .

La escasa visibilidad de la pluma postulada en las imágenes tomográficas del manto inferior y la evidencia geoquímica de eclogita en la fuente del manto han llevado a la teoría de que Islandia no está sustentada por una pluma del manto en absoluto, sino que el vulcanismo allí resulta de procesos relacionados con la tectónica de placas y está restringido al manto superior . ^{[ 22 ] [ 3 ]}

Un método importante para visualizar estructuras a gran escala en el interior de la Tierra es la tomografía sísmica , mediante la cual el área en estudio se "ilumina" desde todos los ángulos con ondas sísmicas provenientes de terremotos desde tantas direcciones diferentes como sea posible; estas ondas se registran con una red de sismómetros . El tamaño de la red es crucial para la extensión de la región que se puede visualizar de manera fiable. Para la investigación del penacho de Islandia, se han utilizado tanto la tomografía global como la regional; en la primera, se visualiza todo el manto con una resolución relativamente baja utilizando datos de estaciones de todo el mundo, mientras que en la segunda, una red más densa ubicada únicamente en Islandia visualiza el manto hasta una profundidad de 400-450 km (250-280 millas) con mayor resolución.  

Estudios regionales de las décadas de 1990 y 2000 muestran que existe una anomalía de baja velocidad de ondas sísmicas bajo Islandia, pero las opiniones están divididas sobre si se extiende más allá de la zona de transición del manto a unos 600 km (370 mi) de profundidad. ^{[ 17 ] [ 24 ] [ 25 ]} Las velocidades de las ondas sísmicas se reducen hasta en un 3 % ( ondas P ) y más de un 4 % ( ondas S ), respectivamente. Estos valores son consistentes con un pequeño porcentaje de fusión parcial, un alto contenido de magnesio en el manto o una temperatura elevada. No es posible separar inequívocamente qué efecto causa la reducción de velocidad observada.  

Numerosos estudios han abordado la firma geoquímica de las lavas presentes en Islandia y en el Atlántico Norte. El panorama resultante es consistente en varios aspectos importantes. Por ejemplo, no se discute que la fuente del vulcanismo en el manto es química y petrológicamente heterogénea: contiene no solo peridotita , el principal tipo de roca del manto, sino también eclogita, un tipo de roca que se origina a partir del basalto en placas subducidas y es más fácilmente fusible que la peridotita. ^{[ 26 ] [ 27 ]} Se supone que el origen de esta última es corteza oceánica metamorfizada muy antigua que se hundió en el manto hace varios cientos de millones de años durante la subducción de un océano, y luego ascendió desde las profundidades del manto.

Estudios que utilizaron la composición de elementos mayores y traza de rocas volcánicas islandesas mostraron que la fuente del vulcanismo actual era aproximadamente 100 °C (212 °F) mayor que la de la fuente de los basaltos de las dorsales oceánicas. ^{[ 28 ]}  

Las variaciones en las concentraciones de oligoelementos como helio , plomo , estroncio , neodimio y otros demuestran claramente que Islandia tiene una composición distinta a la del resto del Atlántico Norte. Un ejemplo de ello se observa en la relación entre los isótopos de helio-3 ( ^³He ) y helio-4 ( ^⁴He ) . Esta relación es un indicador del origen del manto involucrado en las erupciones. El helio-3 se captura durante la acreción planetaria, por lo que se asocia con un manto relativamente más profundo o inferior. El helio-4 se crea a partir de la desintegración de los isótopos progenitores de uranio y torio. Una baja relación ^³He / ^⁴He se correlaciona fuertemente con las erupciones de dorsales oceánicas debido a su fuente superficial de manto, mientras que las altas relaciones ^³He / ^⁴He se correlacionan con los basaltos de islas oceánicas debido a su fuente más profunda de manto. En Islandia se encuentran relaciones tanto altas como bajas de ^³He / ^⁴He . Las proporciones altas se asocian con la parte occidental de la isla, mientras que las proporciones bajas se asocian con la parte oriental de la isla. ^{[ 29 ]} Estas tendencias de proporción se correlacionan bien con anomalías geofísicas y la disminución de esta y otras firmas geoquímicas con el aumento de la distancia a Islandia. En conjunto, indican que la extensión de la anomalía composicional alcanza aproximadamente 1500 km (930 mi) a lo largo de la Dorsal de Reykjanes y al menos 300 km (190 mi) a lo largo de la Dorsal de Kolbeinsey . Dependiendo de qué elementos se consideren y cuán grande sea el área cubierta, se pueden identificar hasta seis componentes diferentes del manto, que no están todos presentes en una sola ubicación.    

Además, algunos estudios muestran que la cantidad de agua disuelta en los minerales del manto es de dos a seis veces mayor en la región de Islandia que en las partes no perturbadas de las dorsales oceánicas, donde se estima en aproximadamente 150 partes por millón. ^{[ 30 ] [ 31 ]} La presencia de tal cantidad de agua en la fuente de las lavas tendería a disminuir su punto de fusión y a hacerla más productiva para una temperatura dada. También produciría las temperaturas de fusión más altas encontradas, que las típicas de los basaltos de las dorsales oceánicas. ^{[ 13 ] : 106}

El Atlántico Norte se caracteriza por fuertes anomalías a gran escala del campo gravitatorio y del geoide . El geoide se eleva hasta 70 m (230 pies) por encima del elipsoide de referencia geodésica en un área aproximadamente circular con un diámetro de varios cientos de kilómetros. En el contexto de la hipótesis de la pluma, esto se ha explicado por el efecto dinámico de la pluma ascendente que abulta la superficie de la Tierra. ^{[ 32 ]} Además, la pluma y la corteza engrosada causan una anomalía gravitatoria positiva de aproximadamente 60 mGal (=0,0006 m/s²) (aire libre).   

Desde mediados de la década de 1990 se han realizado varios intentos para explicar las observaciones con modelos geodinámicos numéricos de convección del manto . El propósito de estos cálculos fue, entre otras cosas, resolver la paradoja de que una pluma ancha con una anomalía de temperatura relativamente baja está mejor en concordancia con el espesor cortical, la topografía y la gravedad observados que una pluma delgada y caliente, que se ha invocado para explicar las observaciones sismológicas y geoquímicas. ^{[ 33 ] [ 34 ]} Los modelos más recientes prefieren una pluma que es 180–200 °C (356–392 °F) más caliente que el manto circundante y tiene un tallo con un radio de aproximadamente 100 km (62 mi) . ^{[ 13 ] : 71} Sin embargo , tales temperaturas aún no han sido confirmadas por la petrología .    

Comprender cómo se transporta el magma desde grandes profundidades cerca de la discontinuidad de Mohorovičić hasta la superficie tiene implicaciones para comprender la mecánica del movimiento del magma bajo Islandia. Un estudio sobre el flujo de basalto de Borgarhraun ayudó a determinar la velocidad del transporte de magma desde grandes profundidades hasta la superficie. ^{[ 35 ]} La barometría geotérmica y el análisis estadístico del aluminio dentro de los cristales de olivino permitieron a los investigadores determinar la profundidad a la que se formaron estos cristales y cuánto tiempo tardaron en llegar a la superficie. En este caso, el magma se encontraba originalmente a una profundidad de 24 km (15 mi) . La velocidad resultante del ascenso del magma se calculó en 0,02-0,1 m/s, de modo que el magma tarda un promedio de 10 días en llegar a la superficie de Islandia desde la discontinuidad de Moho, lo cual es más rápido de lo que se pensaba anteriormente. ^{[ 35 ]}  

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