Recibo muchas preguntas aquí en Erupciones, pero uno de los temas más comunes es el de las propiedades de las rocas – y específicamente por qué se funden donde se funden para producir magma? Hay muchos conceptos erróneos sobre el interior de la Tierra, concretamente que las placas tectónicas que son nuestro hogar (tanto las continentales como las oceánicas) están asentadas sobre un «mar de magma» que constituye el manto. Como ya he dicho antes, el manto de la Tierra, esa capa de rocas silicatadas que comienza a unos 10-70 km de profundidad y baja hasta el núcleo externo a unos 2.900 km de profundidad y que constituye un gran volumen del planeta, no está fundido, sino que es un sólido que puede comportarse plásticamente. Esto significa que puede fluir y convectar, que es una de las formas en que los geólogos han teorizado que se inicia y mantiene el movimiento de las placas. Sin embargo, como sabemos, las rocas se encuentran totalmente fundidas en el interior de la Tierra, así que ¿cómo es posible que gran parte del planeta sea sólida pero que algunas partes también se fundan?
Este esquema ilustra por qué las rocas se funden en la Tierra. La geotermia (línea sólida) sugeriría que la roca no debería fundirse ya que nunca cruza el solidus del manto seco (el punto en el que la roca del manto se fundiría simplemente calentándola). La adición de agua desplaza el solidus hasta el solidus del manto húmedo (línea discontinua corta). La descompresión del manto a temperatura constante permite que el manto cruce el solidus a medida que el manto asciende (línea sólida gruesa). Véase el texto para más detalles. Imagen: Erik Klemetti
Empieza con la pregunta «¿cómo se funde una roca? La forma más sencilla que se te puede ocurrir es «¡aumentar la temperatura!». Eso es lo que ocurre con el hielo: es agua sólida que se funde cuando la temperatura supera los 0ºC/32F. Sin embargo, cuando se trata de rocas, nos encontramos con un problema. En realidad, la Tierra no está lo suficientemente caliente como para fundir las rocas del manto, que son la fuente del basalto en las dorsales oceánicas, los puntos calientes y las zonas de subducción. Si suponemos que el manto que se funde es de peridotita*, el solidus (el punto en el que la roca empieza a fundirse) es de ~2000ºC a 2o0 km de profundidad (en el manto superior). Ahora bien, los modelos del gradiente geotérmico (cómo se calienta con la profundidad; véase más arriba) en la Tierra a medida que se desciende a través de la corteza hacia el manto superior fijan la temperatura a 200 km en algún lugar entre 1300-1800ºC, muy por debajo del punto de fusión de la peridotita. Entonces, si es más fría a medida que se asciende, ¿por qué esta peridotita se funde para formar basalto?
Bueno, ahí es donde hay que dejar de pensar en cómo calentar la roca para que se funda, sino en cómo cambiar el punto de fusión de la roca (solidus). Piensa en nuestra analogía del hielo. Durante el invierno, hay muchos momentos en los que te gustaría deshacerte de ese
Esquema que ilustra la fusión en una zona de subducción. El agua de la losa descendente se libera en profundidad a medida que se calienta, haciendo que el manto sobre la losa se derrita parcialmente, formando basalto. Imagen: Erik Klemetti
hielo pero la temperatura ambiente es inferior a la del aire. Entonces, ¿qué se hace? Una solución es conseguir que el hielo se derrita a una temperatura más baja interrumpiendo la unión entre las moléculas de H2O, y así detener la formación de hielo rígido. Las sales son una buena forma de interrumpir esto, así que echa un poco de NaCl o KCl en el hielo y se derretirá a una temperatura inferior a 0ºC. Para una roca, el agua se comporta como su sal. Si se añade agua a una peridotita del manto, se fundirá a una temperatura más baja porque los enlaces de los minerales que componen la roca se verán alterados por la molécula de agua (lo llamamos «modificador de red»). En una zona de subducción (como las Cascadas o los Andes), donde una placa oceánica se desliza por debajo de otra placa, esa placa descendente libera su agua al calentarse. Esa agua sube entonces al manto que se encuentra por encima, lo que hace que se derrita a una temperatura más baja y, ¡bam! Se produce basalto en el proceso llamado fusión por flujo.
Esquema que ilustra el deshielo por descompresión en la dorsal oceánica media. El manto cálido y fértil se eleva, se funde parcialmente para formar basalto y luego se aleja lateralmente de la dorsal al enfriarse. Imagen: Erik Klemetti
¡Espera! El sistema volcánico más grande de la Tierra es el de la dorsal oceánica media, donde no hay subducción que lleve agua al manto para ayudar a la fusión. Ahora, ¿por qué se obtiene basalto allí? Esta vez tenemos que utilizar otro método para fundir esa peridotita: tenemos que descomprimirla a temperatura constante. Esto se llama ascenso adiabático. El manto está convectando, llevando el manto caliente desde la profundidad hacia la superficie y mientras lo hace, el material del manto se mantiene caliente, más caliente que las rocas circundantes. El punto de fusión (solidus) de la peridotita cambia con la presión, por lo que el punto de fusión de 2000ºC a 200 km es sólo ~1400ºC a 50 km. Así que, si se mantiene caliente ese material del manto y se descomprime, ¡se obtiene la fusión para formar el basalto! Así que, debajo de las dorsales oceánicas (y en puntos calientes como Hawai), el manto está subiendo, causando la fusión por descompresión.
Revisemos: En condiciones normales, las rocas del manto, como la peridotita, no deberían fundirse en el manto superior de la Tierra: están demasiado frías. Sin embargo, añadiendo agua se puede bajar el punto de fusión de la roca. O bien, descomprimiendo la roca, se puede llevar a una presión en la que el punto de fusión sea más bajo. En ambos casos, se formará magma basáltico y, teniendo en cuenta que es más caliente y menos denso que la roca circundante, se filtrará hacia la superficie… ¡y algo de eso entra en erupción!
*El manto definitivamente no es homogéneo, pero para nuestros propósitos, estamos interesados en lo que llamamos «manto fértil» — es decir, el manto que no ha experimentado la fusión antes y puede producir líquido basáltico.