Desarrollo de magma.

GEOFISICA + GEOTERMIA

Antes de comprender como se desarrollan o se forman los magmas debemos comprender qué es un magma y donde se encuentran. A lo largo de los años hemos sido testigos oculares de grandes erupciones volcánicas alrededor del mundo que nos han impactado en forma visual, en la salud o por desgracia han producido cuantiosas pérdidas humanas y materiales. Pero también han regalado espectáculo cuando la erupción se desarrollaba de noche, como el color brillante rojo iluminaba el paisaje circundante con el magma siendo expulsada del cráter del Volcán. ¿Pero qué es el magma y dónde se origina?

Los antiguos griegos llamaban al magma "pasta" a lo que podemos entender que el magma se comportaba como un tipo de pasta especial, el cual podía estar compuesto de varios elementos como líquidos volátiles, sólidos y rocas fundidas; el cual era expulsada con violencia hacia el exterior o en otros casos de forma lenta pero progresiva. 

Entonces, ¿En qué lugares exactos del planeta se van formando o desarrollando magma? 

El magmatismo es el proceso de formación de magma, por lo que, el 80 % del magmatismo de nuestro planeta se produce en los bordes constructivos de las placas tectónicas, bajo las dorsales oceánicas, y el resto en zonas de subducción y en regiones localizadas en el interior de las placas, por efecto de puntos calientes. (1)

Dependiendo del proceso en el que nos encontremos, la formación de magma (o fusión parcial de la roca) dependerá de la geotermia de la zona la cual explicaremos en el siguiente gráfico.

El gráfico anterior presenta 4 situaciones en las que se podría formar o desarrollar magma. Para entender el gráfico tenemos que comprender que la línea roja presente representa la curva de geotermia de la zona y la línea verde representa la temperatura de las rocas existentes. Además que éstas condiciones se presentan hasta en una profundidad de 500 km y una temperatura de hasta 2000 °C. Teniendo clara estás características podemos continuar que:

1. En la situación A, en una situación normal, donde no existe ni dorsales, ni puntos calientes y no existe subducción no se pueden desarrollar magmas, ya que cualitativamente para que se desarrolle o se forme magma está curvas (geotermia y Temperatura de la roca) deben intersecarse entre ellas para que se dé inicio a la fusión parcial de las rocas. Y como podemos ver en zonas de nuestro planeta donde no existan estas condiciones geológicas (subducción, puntos calientes o dorsales) no podrá formarse ni acumularse magma.

2. En zonas de dorsales oceánicas, el gradiente geotérmico aumenta drásticamente en comparación de zonas normales. La curva de gradiente geotérmico antes de llegar aproximadamente a los 10 km de profundidad cambia irremediablemente hasta una temperatura aproximada de 1250°C, por lo que cualitativamente la curva de gradiente geotérmico cambia. Esto hace que se intercepte con la curva de temperatura de las rocas aproximadamente a los 40 km de profundidad sobrepasando los 1250°C de temperatura, formándose de esa manera, en esa condición geológica, magma.

La fusión bajo las dorsales puede deberse a la disminución de la presión en las rocas como consecuencia de su ascenso por los movimientos convectivos, en sólido, del manto. El ascenso a la superficie de estos magmas primarios y sin diferenciar es el origen de las inmensas masas basálticas de los fondos oceánicos. (1)

3. Algo similar sucede en la situación C dónde existe la presencia de Puntos Calientes (hotspot) en la Tierra. El gradiente geotérmico va aumentando constante y progresivamente, en comparación que en zonas normales, hasta antes de los 100 km de profundidad alcanzando temperaturas de hasta 1500°C. Antes de llegar a profundidades de los 100 km se produce la fusión parcial de las rocas formándose magma manteniendo casi constantemente la temperatura. Cualitativamente las curvas en el gráfico se habrán intercectado. 

4. En zonas de subducción, el gradiente geotérmico va incrementándose constantemente y gradualmente, como si se tratase de una condición normal, pero la temperatura de las rocas en zonas de subducción va decreciendo desde los 1250 °C hasta los 950°C, hasta profundidades de los 35 km. 

Luego, la temperatura de las rocas va incrementándose poco a poco cuando vamos a mayores profundidades. Al llegar a los 85 km aproximadamente de profundidad, ocurre la fusión parcial de las rocas originándose magma.

La fusión se produce por el aumento de la temperatura por la compresión de la litosfera que subduce y fricción con las rocas del manto, a lo que se añade el agua que libera y asciende. Se forman los magmas que darán lugar a los batolitos típicos de las zonas orogénicas. (1)

"La Geofísica es la ciencia que se encarga del estudio de la Tierra desde el punto de vista de la Física. Investiga y analiza el origen de diversos fenómenos naturales como tsunamis, terremotos, erupciones volcánicas, etc. apoyándose de herramientas indirectas para su estudio tomando como base métodos cuantitativos y métodos basados en las medidas de la gravedad, campos magnéticos, electromagnéticos o eléctricos." - Ciencia y Geofísica

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

 (1) https://es.m.wikipedia.org/wiki/Magma

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Desarrollo de volcanes en 3D

Estudiar los volcanes existentes en cualquier área o región en forma remota o insitu, recolectando datos de campo, muestras de ceniza para su análisis químico o registrando los sismos volcano tectónicos producidos por el volcán en sí es muy interesante y emocionante. ¿Pero que pasaría si recolectas toda esa información en una sola data y lo que generas en forma virtual donde puedes manipular los datos directamente?

Todo geofísico está en la capacidad de poder hacerlo, con los conocimientos técnicos adecuados se pueden realizar simulaciones muy diferente a las visualizaciones 3D generados por computadora. De esta forma se puede obtener una idea más clara de lo que está pasando en el volcán. Y si a eso le agregamos la simulación en tiempo real sería mucho mejor. La data geofísica obtenida en campo es lo que recuperamos en una hora y tiempo determinado para posteriormente transformarla en una data más sólida y consolidarla en una imagen 3D más realista. Datos GPS, latitudes y longitudes de los sismos, magnitudes o profundidades son importantes para el desarrollo de esta herramienta visual más impactante y profesional.

Estos modelos nos ayudan a entender mejor la evolución de la sismicidad bajo el volcán y cómo esta va migrando en las inmediaciones del edifico volcánico. La distribución de los sismos modelados nos muestra la actividad sísmica relacionada a procesos de fractura de rocas originados por la dinámica eruptiva del volcán.

Una de las herramientas que podemos utilizar para el desarrollo de volcanes en 3D es el Software ArcGis con su visor 3D de Esri.

El vídeo mostrado es la presentación del Mapa Sísmico del volcán Misti en Perú - Arequipa donde se puede observar claramente los hipocentros de los sismos con sus respectivas profundidades, claro ejemplo de la herramienta fundamental para el análisis, estudio, evolución y comportamiento de un volcán.

Puedes ver más Volcanes en 3D ingresando desde aquí

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REFERENCIAS.
Instituto Geofísico del Perú

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Currents of Internal Convection (GEOTHERMAL)

In 1912 Alfred Wegener began his studies in the Theory of the Continental Drift but in his beginning it was discarded since his theory lacked a mechanism to explain the drift of the continents. In his original work, he proposed that the continents move on another denser layer of the Earth that made up the ocean floor and what extended beneath them.

For the year 1960 the Theory of the Continental Drift and the Expansion of the Oceanic Fund were included in the Theory of Plate Tectonics. According to this theory, the displacement of the continents has happened for thousands of years with the global convection of the mantle, causing the lithosphere to be reconfigured and permanently displaced. Originating in this way earthquakes around the world.

The Earth is divided into three parts. The innermost and warmest, the core, with temperatures higher than 6000 degrees Celsius, main participant in the generation of heat of our planet. Continue the middle part. the Mantle, and finally the coldest part of the planet where it shelters life, the Lithosphere. Who gives their own heat to our planet is the Nucleus, behaving like a large nuclear reactor, transmitting the heat of the Nucleus to its surface. But how does the Mantle react to the high heat and temperature exposed by the Core?

Everything starts in the Nucleus. With the radioactive decay of its heavy elements such as thorium, among others gradually heating everything around. The physical properties of the materials allow the transfer of heat to the areas closest to the Lithosphere. But on the way they lose their heat capacity gradually cooling. Due to the difference in density between the materials, the material with higher density returns to the mantle, while the materials that have lower density ascend transforming into a continuous and repetitive cycle. This is called Mantle Convection.

In if the convection of the mantle occurs in the upper mantle. This reaches up to 700km. of approximately depth. It is made up of generally solid materials but flows because it is close to its melting point. It is hotter in its central zone and colder on the surface than what we understand as a Geothermal Gradient. You lose heat by driving through the lithosphere.

But how does convection occur?

Most of the mantle is fluid because the core is responsible for heating it to near its melting point. Because of its fluidity, convection currents are produced by transporting the hottest and least dense material to the surface.

The material of the mantle flows horizontally and in contact with the lithosphere loses heat and increases its density and when it is sufficiently dense it starts to descend. In the descent and horizontal travel in contact with the lower mantle it is heated again to ascend again. This is also called convection cells.

But is it possible that these convection currents are trailed throughout the planet?

The displacement movement of the tectonic plates is not in one direction, they do it in different directions. So that would give a perspective that in the mantle not only a global convection but several are produced.

Some interpretations on hypotheses presented on the movement of the plates is that for each plate there is a movement of its own convection. But is this true? If we observe the tectonic plates of the whole planet we can realize that there are some of them that are of sizes and / or of greater proportions than other plates, so to hold the hypothesis of a convection cell for one of these giant plates would lack basis. This is because in order for a tectonic plate of greater proportions to move, it would need an even larger convection cell than the others extending deeper into the mantle.

So how do they move? One of the current hypotheses that is being handled is that there are convection cells that extend only in the upper mantle up to 700km deep. To more depth there are other currents of convection that would feed the convection cells located in the upper mantle giving them the energy necessary to move the plates.

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