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Caldera

Cronología de la erupción del Monte Mazama , un ejemplo de formación de caldera. Una caldera ( / k ɔː l ˈ d ɛr ə , k æ l -/ [ 1 ] kawl- DERR -ə, kal- ) es una gran cavidad con f...

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Cronología de la erupción del Monte Mazama , un ejemplo de formación de caldera.

Una caldera ( / k ɔː l ˈ d ɛr ə , k æ l -/ [ 1 ] kawl- DERR -ə, kal- ) es una gran cavidad con forma de caldero que se forma poco después del vaciado de una cámara magmática en una erupción volcánica . La eyección de grandes volúmenes de magma en un corto tiempo puede alterar la integridad de la estructura de una cámara magmática al eliminar gran parte del material de relleno de la cámara. Las paredes y el techo de una cámara pueden entonces no ser capaces de soportar su propio peso y cualquier sustrato o roca que descanse sobre ella. La superficie del suelo entonces colapsa en la cámara magmática vacía o parcialmente vacía, dejando una gran depresión en la superficie que puede tener un diámetro de decenas de kilómetros. [ 2 ] Aunque a veces se describe como un cráter , la formación es en realidad un tipo de sumidero , ya que se forma por subsidencia y colapso en lugar de por una explosión o impacto. Comparada con las miles de erupciones volcánicas que ocurren a lo largo de un siglo, la formación de una caldera es un evento raro, que ocurre solo unas pocas veces en un período de 100 años. [ 3 ] Se sabe que solo nueve colapsos formadores de caldera ocurrieron entre 1911 y 2022, [ 3 ] siendo los colapsos de caldera en Kīlauea , Hawái , en 2018 y Hunga Tonga–Hunga Haʻapai en 2022 los más recientes. [ 4 ] [ 5 ] Los volcanes que han formado una caldera a veces se describen como "volcanes de caldera". [ 6 ]

Etimología

El término caldera proviene del español caldera y del latín caldaria , que significa "olla". [ 7 ] En algunos textos también se utiliza el término inglés cauldron , [ 8 ] aunque en trabajos más recientes el término cauldron se refiere a una caldera que ha sido profundamente erosionada hasta exponer los estratos bajo el suelo de la caldera. [ 7 ] El término caldera fue introducido en el vocabulario geológico por el geólogo alemán Leopold von Buch cuando publicó sus memorias de su visita de 1815 a las Islas Canarias , [ nota 1 ] donde vio por primera vez la caldera de Las Cañadas en Tenerife , con el Teide dominando el paisaje, y luego la Caldera de Taburiente en La Palma . [ 9 ] [ 7 ]

Formación de caldera

Animación de un experimento analógico que muestra el origen de una caldera volcánica simulada en una caja llena de harina.
Imagen Landsat del lago Toba , en la isla de Sumatra , Indonesia (100 km/62 millas de largo y 30  km/19 millas de ancho, una de las calderas más grandes del mundo). Un domo resurgente formó la isla de Samosir .
Mapa topografico de Cagar Alam Rawa Danau Caldera en Indonesia

Un colapso se desencadena por el vaciado de la cámara magmática bajo el volcán, a veces como resultado de una gran erupción volcánica explosiva (ver Tambora [ 10 ] en 1815), pero también durante erupciones efusivas en los flancos de un volcán (ver Piton de la Fournaise en 2007) [ 11 ] o en un sistema de fisuras conectado (ver Bárðarbunga en 2014–2015). Si se expulsa suficiente magma , la cámara vacía no puede soportar el peso del edificio volcánico que se encuentra sobre ella. Se desarrolla una fractura aproximadamente circular , la "falla anular", alrededor del borde de la cámara. Las fracturas anulares sirven como alimentadores para intrusiones de falla , que también se conocen como diques anulares . [ 12 ] : 86–89 Se pueden formar chimeneas volcánicas secundarias sobre la fractura anular. [ 13 ] A medida que la cámara magmática se vacía, el centro del volcán dentro de la fractura anular comienza a colapsar. El colapso puede ocurrir como resultado de una única erupción cataclísmica, o puede ocurrir por etapas como resultado de una serie de erupciones. El área total que colapsa puede ser de cientos de kilómetros cuadrados. [ 7 ]

Mineralización en calderas

Se sabe que algunas calderas albergan ricos depósitos minerales . Los fluidos ricos en metales pueden circular a través de la caldera, formando depósitos minerales hidrotermales de metales como plomo, plata, oro, mercurio, litio y uranio. [ 14 ] Una de las calderas mineralizadas mejor conservadas del mundo es la caldera de Sturgeon Lake en el noroeste de Ontario , Canadá, que se formó durante la era Neoarcaica [ 15 ] hace unos 2700 millones de años. [ 16 ] En el campo volcánico de San Juan , las vetas de mineral se emplazaron en fracturas asociadas con varias calderas, y la mayor mineralización tuvo lugar cerca de las intrusiones más jóvenes y silícicas asociadas con cada caldera. [ 17 ] 

Tipos de caldera

Erupciones explosivas de calderas

Las erupciones explosivas de calderas son producidas por una cámara magmática cuyo magma es rico en sílice . El magma rico en sílice tiene una alta viscosidad y, por lo tanto, no fluye fácilmente como el basalto . [ 12 ] : 23–26 El magma también suele contener una gran cantidad de gases disueltos, hasta un 7 % en peso para los magmas más ricos en sílice. [ 18 ] Cuando el magma se acerca a la superficie de la Tierra, la caída de la presión de confinamiento hace que los gases atrapados burbujeen rápidamente fuera del magma, fragmentándolo para producir una mezcla de ceniza volcánica y otra tefra con los gases muy calientes. [ 19 ]

La mezcla de ceniza y gases volcánicos asciende inicialmente a la atmósfera como una columna de erupción . Sin embargo, a medida que aumenta el volumen de material erupcionado, la columna de erupción no puede incorporar suficiente aire para mantenerse a flote y colapsa en una fuente de tefra que cae a la superficie para formar flujos piroclásticos . [ 20 ] Las erupciones de este tipo pueden esparcir ceniza sobre vastas áreas, de modo que las tobas de flujo de ceniza depositadas por erupciones de calderas silícicas son el único producto volcánico con volúmenes que rivalizan con los de los basaltos de inundación . [ 12 ] : 77 Por ejemplo, cuando la caldera de Yellowstone entró en erupción por última vez hace unos 650 000 años, liberó aproximadamente 1000 km³  de material (medido en equivalente de roca densa (DRE)), cubriendo una parte sustancial de América del Norte con hasta dos metros de escombros. [ 21 ]

Se conocen erupciones que forman calderas aún más grandes, como la caldera de La Garita en las montañas de San Juan de Colorado , donde la toba de Fish Canyon de 5000 kilómetros cúbicos (1200 millas cúbicas ) fue expulsada en erupciones hace aproximadamente 27,8 millones de años. [ 22 ] [ 23 ]   

La caldera producida por tales erupciones generalmente se rellena con toba, riolita y otras rocas ígneas . [ 24 ] La caldera está rodeada por una capa de flujo de toba de ceniza (también llamada capa de flujo de ceniza ). [ 25 ] [ 26 ]

Si el magma continúa inyectándose en la cámara magmática colapsada, el centro de la caldera puede elevarse en forma de un domo resurgente como se observa en la Caldera de Valles , el Lago Toba , el campo volcánico de San Juan, [ 8 ] Cerro Galán , [ 27 ] Yellowstone , [ 28 ] y muchas otras calderas. [ 8 ]

Debido a que una caldera silícica puede erupcionar cientos o incluso miles de kilómetros cúbicos de material en un solo evento, puede causar efectos ambientales catastróficos. Incluso erupciones pequeñas que forman calderas, como Krakatoa en 1883 [ 29 ] o el Monte Pinatubo en 1991, [ 30 ] pueden resultar en una destrucción local significativa y una caída notable de la temperatura en todo el mundo. Las calderas grandes pueden tener efectos aún mayores. Los efectos ecológicos de la erupción de una caldera grande se pueden observar en el registro de la erupción del lago Toba en Indonesia .

En ciertos momentos del tiempo geológico , las calderas riolíticas han aparecido en grupos bien definidos. Los restos de estos grupos se pueden encontrar en lugares como el Complejo Rum del Eoceno en Escocia, [ 24 ] las montañas de San Juan en Colorado (formadas durante las épocas del Oligoceno , Mioceno y Plioceno ) o la cordillera de Saint Francois en Missouri (que entró en erupción durante el eón Proterozoico ). [ 31 ]

Valles

Valle Caldera, Nuevo México

Para su artículo de 1968 [ 8 ] que introdujo por primera vez el concepto de caldera resurgente en geología, [ 7 ] RL Smith y RA Bailey eligieron la caldera de Valles como modelo. Aunque la caldera de Valles no es inusualmente grande, es relativamente joven (1,25 millones de años) y está excepcionalmente bien conservada, [ 32 ] y sigue siendo uno de los ejemplos mejor estudiados de una caldera resurgente. [ 7 ] Las tobas de flujo de ceniza de la caldera de Valles, como la Toba de Bandelier , fueron de las primeras en ser caracterizadas exhaustivamente. [ 33 ]

Toba

Hace unos 74.000 años, este volcán indonesio liberó aproximadamente 2.800 kilómetros cúbicos (670 millas cúbicas ) de material eyectado equivalente a roca densa . Esta fue la erupción más grande conocida durante el actual período Cuaternario (los últimos 2,6 millones de años) y la erupción explosiva más grande conocida durante los últimos 25 millones de años. A finales de la década de 1990, el antropólogo Stanley Ambrose [ 34 ] propuso que un invierno volcánico inducido por esta erupción redujo la población humana a unos 2.000–20.000 individuos, lo que resultó en un cuello de botella poblacional . Más recientemente, Lynn Jorde y Henry Harpending propusieron que la especie humana se redujo a aproximadamente 5.000–10.000 personas. [ 35 ] Sin embargo, no hay evidencia directa de que ninguna de las teorías sea correcta, y no hay evidencia de ninguna otra disminución o extinción animal, incluso en especies ambientalmente sensibles. [ 36 ] Hay evidencia de que la ocupación humana continuó en la India después de la erupción. [ 37 ]    

Fotografía satelital de la caldera de la cumbre en la isla Fernandina, en el archipiélago de Galápagos.
Fotografía aérea oblicua de la caldera de Nemrut , lago Van, este de Turquía.

Calderas no explosivas

La caldera de Sollipulli , ubicada en el centro de Chile, cerca de la frontera con Argentina, está cubierta de hielo. El volcán se encuentra en la cordillera de los Andes meridionales, dentro del Parque Nacional Villarrica de Chile. [ 38 ]

Algunos volcanes, como los grandes volcanes en escudo Kīlauea y Mauna Loa en la isla de Hawái , forman calderas de una manera diferente. El magma que alimenta estos volcanes es basalto , que es pobre en sílice. Como resultado, el magma es mucho menos viscoso que el magma de un volcán riolítico, y la cámara magmática se vacía mediante grandes flujos de lava en lugar de eventos explosivos. Las calderas resultantes también se conocen como calderas de subsidencia y pueden formarse más gradualmente que las calderas explosivas. Por ejemplo, la caldera en la cima de la isla Fernandina colapsó en 1968 cuando partes del suelo de la caldera se hundieron 350 metros (1150 pies) . [ 39 ] 

Calderas extraterrestres

Desde principios de la década de 1960, se sabe que ha ocurrido vulcanismo en otros planetas y lunas del Sistema Solar . Mediante el uso de naves espaciales tripuladas y no tripuladas, se ha descubierto vulcanismo en Venus , Marte , la Luna e Io , un satélite de Júpiter . Ninguno de estos mundos tiene tectónica de placas , que contribuye aproximadamente al 60% de la actividad volcánica de la Tierra (el otro 40% se atribuye al vulcanismo de puntos calientes ). [ 40 ] La estructura de la caldera es similar en todos estos cuerpos planetarios, aunque el tamaño varía considerablemente. El diámetro promedio de la caldera en Venus es de 68 km (42 mi) . El diámetro promedio de la caldera en Io es cercano a los 40 km (25 mi) , y la moda es de 6 km (3,7 mi) ; Tvashtar Paterae es probablemente la caldera más grande con un diámetro de 290 km (180 mi) . El diámetro promedio de las calderas en Marte es de 48 km (30 mi) , menor que el de Venus. Las calderas en la Tierra son las más pequeñas de todos los cuerpos planetarios y varían de 1,6 a 80 km (1 a 50 mi) como máximo. [ 41 ]            

La Luna

La Luna tiene una capa exterior de roca cristalina de baja densidad de unos cientos de kilómetros de espesor, formada debido a una rápida creación. Los cráteres lunares se han conservado bien a lo largo del tiempo y se creía que eran el resultado de una intensa actividad volcánica, pero actualmente se cree que se formaron por meteoritos, casi todos los cuales ocurrieron en los primeros cientos de millones de años después de la formación de la Luna. Alrededor de 500  millones de años después, el manto lunar pudo fundirse extensamente debido a la desintegración de elementos radiactivos. Se produjeron erupciones basálticas masivas, generalmente en la base de grandes cráteres de impacto. También es posible que se hayan producido erupciones debido a un reservorio de magma en la base de la corteza. Esto forma un domo, posiblemente con la misma morfología que un volcán en escudo donde se sabe que se forman calderas universalmente. [ 40 ] Aunque las estructuras tipo caldera son raras en la Luna, no están completamente ausentes. Se cree que el Complejo Volcánico Compton-Belkovich en la cara oculta de la Luna es una caldera, posiblemente una caldera de flujo de ceniza . [ 42 ]

Marte

La actividad volcánica de Marte se concentra en dos provincias principales: Tharsis y Elysium . Cada provincia contiene una serie de volcanes en escudo gigantes similares a los que vemos en la Tierra y que probablemente sean el resultado de puntos calientes del manto . Las superficies están dominadas por flujos de lava y todas tienen una o más calderas de colapso. [ 40 ] Marte tiene el volcán más alto del Sistema Solar, el Olympus Mons , que tiene más de tres veces la altura del Monte Everest, con un diámetro de 520  km (323 millas). La cima de la montaña tiene seis calderas anidadas. [ 43 ]

Venus

Debido a la ausencia de tectónica de placas en Venus , el calor se pierde principalmente por conducción a través de la litosfera . Esto provoca enormes flujos de lava, que cubren el 80 % de la superficie de Venus. Muchas de las montañas son grandes volcanes en escudo con diámetros que oscilan entre 150 y 400 km (95 y 250 millas) y alturas entre 2 y 4 km (1,2 y 2,5 millas) . Más de 80 de estos grandes volcanes en escudo poseen calderas en la cima con un diámetro promedio de 60 km (37 millas) . [ 40 ]      

Yo

Io, de forma inusual, se calienta por la flexión sólida debida a la influencia de las mareas de Júpiter y a la resonancia orbital de Io con las grandes lunas vecinas Europa y Ganímedes , que mantienen su órbita ligeramente excéntrica . A diferencia de cualquiera de los planetas mencionados, Io presenta una actividad volcánica continua. Por ejemplo, las sondas Voyager 1 y Voyager 2 de la NASA detectaron nueve volcanes en erupción al pasar cerca de Io en 1979. Io posee numerosas calderas con diámetros de decenas de kilómetros. [ 40 ]

Lista de calderas volcánicas

África

Imagen topográfica en falso color de la NASA de las calderas volcánicas de Nabro (arriba) y Mallahle (centro izquierda).

Antártida

Imagen satelital de la Isla Decepción tomada por Sentinel-2 (marzo de 2023).

Asia

Caldera del Monte Tambora
Monte Pinatubo , Filipinas

Europa

Vista aérea giratoria en 3D generada por ordenador sobre Santorini , Grecia.
Vista aérea del lago Laacher See , Alemania
Vista de los Campos Flégreos cerca de Nápoles , Italia.
Caldeira do Faial en el Volcán Caldeira , Isla de Faial , Azores

América del Norte y Central

Caldera de Coatepeque , lago del cráter de El Salvador
El lago Crater , en Oregón, se formó alrededor del 5680 a. C.
Caldera de Aniakchak , Alaska

Océano Índico

Oceanía

Mokuʻāweoweo, la caldera de la cumbre de Mauna Loa , cubierta de nieve
Foto satelital del lago Taupo

Sudamerica

Fotografía aérea de la caldera de Sollipulli , mirando hacia el este.

Calderas volcánicas extraterrestres

calderas de erosión

Véase también

  • Volcán complejo : forma de relieve compuesta por más de un centro volcánico relacionado. 
  • Maar – Cráter volcánico de bajo relieve 
  • Volcán Somma : caldera volcánica que ha sido parcialmente rellenada por un nuevo cono central. 
  • Supervolcán : Volcán que ha entrado en erupción con un índice de explosividad volcánica de 8. 
  • Índice de Explosividad Volcánica : escala cualitativa predictiva de la explosividad de las erupciones volcánicas. Páginas que muestran breves descripciones de los objetivos de redirección. 

Notas explicativas

  1. ↑ El libro de Leopold von Buch, Descripción física de las Islas Canarias, se publicó en 1825.

Referencias

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Lecturas adicionales

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  • Gudmundsson, Agust (2008). «Geometría de la cámara magmática, transporte de fluidos, tensiones locales y comportamiento de las rocas durante la formación de calderas de colapso». Vulcanismo de calderas: análisis, modelado y respuesta . Avances en vulcanología. Vol.  10. págs. 313–349 . doi : 10.1016/S1871-644X(07)00008-3 . ISBN  978-0-444-53165-0.
  • Kokelaar, BP; y Moore, ID; 2006. Volcán caldera Glencoe, Escocia . ISBN 9780852725252Publicado por el Servicio Geológico Británico (British Geological Survey), Keyworth, Nottinghamshire. Incluye un mapa geológico sólido a escala 1:25000.
  • Lipman, P; 1999. «Caldera». En Haraldur Sigurdsson, ed. Enciclopedia de volcanes . Academic Press . ISBN 0-12-643140-X
  • Williams, Howell (1941). "Calderas y su origen" . Boletín de Publicaciones de la Universidad de California del Departamento de Ciencias Geológicas . 25 : 239–346 .
  • Página del USGS sobre calderas
  • Lista de volcanes de caldera
  • Recopilación de referencias sobre calderas de colapso (43 páginas)
  • La caldera del volcán Tweed – Australia
  • Las erupciones explosivas más grandes: Nuevos resultados para la toba de Fish Canyon de 27,8 millones de años y la caldera de La Garita, campo volcánico de San Juan, Colorado.
  • Supervolcanes
  • Vídeo time-lapse del colapso de la caldera del Kilauea, 2018