Comprender los orígenes de la erupción del Sunset Crater en Arizona de hace 1000 años
Alrededor del 1085 d.C., a lo largo del borde sur de la elevada meseta de Colorado en el norte de Arizona, un volcán entró en erupción, cambiando para siempre las antiguas fortunas de los pueblos y toda la vida cercana. Hoy, la científica de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de ASU, Amanda Clarke, y su equipo han estado trabajando para resolver la misteriosa causa raíz de la erupción del Sunset Crater y cualquier lección aprendida para comprender mejor las amenazas que los volcanes similares pueden representar en el mundo actual.
Alrededor de 1085 d.C., a lo largo del borde sur de la elevada meseta de Colorado en el norte de Arizona, un volcán entró en erupción, cambiando para siempre las antiguas fortunas de los pueblos y toda la vida cercana. Entre los aproximadamente 600 volcanes que salpican el paisaje de los campos volcánicos de San Francisco, éste explotó. Fue la primera (y última) erupción de lo que se conoció como Sunset Crater, acertadamente llamado así por su cono de ceniza multicolor de 1,000 pies de alto.
Hoy, la científica de la Escuela de Exploración de la Tierra y el Espacio de ASU, Amanda Clarke, y su equipo han estado trabajando para resolver la misteriosa causa raíz de la erupción del Sunset Crater y cualquier lección aprendida para comprender mejor las amenazas que los volcanes similares pueden representar en el mundo actual.
"Esto es algo común en la vulcanología, reconstruir erupciones pasadas para tratar de comprender qué podría hacer el volcán o la región en el futuro", dijo Clarke. "Hicimos el trabajo de campo y combinamos datos de un estudio anterior y usamos algunas técnicas modernas para armar la historia".
Trabajando junto con varios colaboradores, han mapeado minuciosamente cada fisura, depósito de erupción y antiguo flujo de lava del Sunset Crater para reconstruir los patrones de salpicadura completos y las composiciones geoquímicas de todos los materiales expulsados, o tefra, de la erupción.
Un pasado explosivo
"Cuando visitas el sitio, hay estos flujos de lava que son obvios, pero también esta gran manta de tefra que se extiende mucho más allá del edificio volcánico, mucho más allá del respiradero", dijo Clarke. "Mi interés se despertó por primera vez cuando supe en un viaje de campo hace muchos años con el ex profesor de ASU Stephen Self, que Sunset Crater tenía un pasado explosivo".
En un estudio anterior, el grupo de Clarke mostró por primera vez que la actividad volcánica se desarrollaba en siete u ocho fases distintas : fases iniciales de fisura, seguidas de fases altamente explosivas y, finalmente, fases menguantes de baja explosividad. "No está claro cómo sucede esto, pero finalmente, la erupción se instaló en esta única tubería hacia la superficie, y ahí es donde gran parte de nuestro trabajo retoma la historia", dijo Clarke.
En varios puntos durante la fase explosiva, el cielo se llenó de ceniza basáltica y ceniza de hasta 20 a 30 km de altura, lo que la convirtió en una de las erupciones volcánicas más explosivas de este tipo jamás documentadas en el mundo.
"La gente en Winslow [a 100 km de distancia] habría podido verlo", dijo Clarke. Para dar una idea del tamaño de la erupción, midieron el volumen total de material de la erupción, o 0,52 km 3 de roca densa equivalente (DRE), que, en comparación, resultó ser similar al volumen del infame Monte St. de 1980. Erupción de Helens. "
Era muy similar al monte. St. Helens en términos de altura y volumen ", dijo Clarke." ¿Crees que estas cosas que son conos de ceniza van a ser algo como Stromboli en Italia: una fuente de fuego de un par de cientos de metros y la gente podría verla? desde su terraza, pero esta fase máxima fue la escala de St. Helens ".
Chelsea Allison en el laboratorio de Profundidades de la Tierra de ASU con una muestra de basalto de alta temperatura. Crédito: Chelsea Allison, Universidad Estatal de Arizona
Magma misterioso
Pero en cuanto a por qué estalló, eso ha sido un misterio, hasta ahora. "La pregunta científica es cómo estos magmas más líquidos se comportan como magmas viscosos", dijo Clarke. El estudio, publicado en la revista Nature Communications, fue el resultado de una colaboración entre SESE Ph.D. la alumna Chelsea Allison (ahora en la Universidad de Cornell) y el científico investigador Kurt Roggensack. "Chelsea era una estudiante de posgrado que hizo algunos análisis innovadores y Kurt tiene esta experiencia en petrología y más análisis a pequeña escala, mientras que yo soy más un vulcanólogo físico; ahí es donde nos unimos", dijo Clarke.
Medir los factores que llevaron a la erupción del Sunset Crater 1,000 años después es una tarea extremadamente difícil porque los gases que componen el magma generalmente escapan al cielo durante la erupción, perdidos para siempre en el tiempo. Pero para reconstruir mejor el pasado, el grupo ha aprovechado extensos microanálisis de las más pequeñas manchas y burbujas que son la mejor representación de la composición del magma del Sunset Crater antes de la erupción, conocidas como inclusiones de fusión. Roggensack es reconocido como un experto mundial en análisis de inclusión de fusión innovadores, especialmente en magmas basálticos.
¿Qué tan pequeño? Las inclusiones de masa fundida tienen menos de una milésima de pulgada de ancho. Se incrustan en el tiempo dentro de los crecientes cristales del sistema de tuberías de magma que se forma antes de que un volcán entre en erupción. "Han sido liberados del magma en la explosión", dijo Clarke.
Son como una mezcla gaseosa y gaseosa de gas atrapado, congelados en el tiempo del magma circundante mientras se cristalizan, pero capaces de revelar la composición del gas y la historia secreta de una erupción hace tanto tiempo.
Piense en el Sunset Crater basáltico que tiene más consistencia de jarabe de arce en comparación con la variedad de mantequilla de maní del magma de riolita del monte. St. Helens. "Esos son magmas viscosos que pueden contener mucha agua", dijo Clarke.
¿Cuáles fueron las condiciones y los ingredientes que podrían conducir a la erupción del Sunset Crater?
"Eso lleva a las grandes preguntas de cuál es el contenido volátil del magma porque eso va a controlar la explosividad", dijo Clarke. "Para responder a las preguntas, hay que profundizar en el sistema de plomería, y eso es lo que hicimos".
El grupo de Clarke está entre los primeros en mostrar la importancia del dióxido de carbono en las erupciones volcánicas, en parte porque no fue una tarea fácil de medir en primer lugar. "Creemos que esta erupción podría haber bombeado una buena cantidad de dióxido de carbono y también dióxido de azufre a la atmósfera", dijo Clarke.
"El agua suele ser el componente principal [como en el monte St. Helens], pero lo que encontramos en Sunset es que el dióxido de carbono es muy abundante y que tiende a ser más crítico en la parte más profunda del sistema para hacer que el magma se mueva hacia La superficie. Creemos que jugó un papel importante en esto. Y el dióxido de carbono probablemente proviene de las profundidades del manto dentro del área de la fuente ".
Para reconstruir el pasado, los científicos de ASU han aprovechado extensos microanálisis de las gotas y burbujas más pequeñas que son la mejor representación de la composición del magma del Sunset Crater antes de la erupción, conocidas como inclusiones de fusión. ¿Qué tan pequeño? Las inclusiones de masa fundida tienen menos de una milésima de pulgada de ancho. Se incrustan en el tiempo dentro de los crecientes cristales del sistema de tuberías de magma que se forma antes de que un volcán entre en erupción. Crédito: Amanda Clarke, Universidad Estatal de Arizona
Las inclusiones de fusión (MI) se eligieron específicamente para proporcionar una muestra representativa de las características de textura observadas en la erupción del Sunset Crater (por ejemplo, diferentes volúmenes, tamaños y formas de burbujas). Algunas de las herramientas del oficio que se utilizaron fueron microscopios para dar vida a los detalles de la cristalización y la formación de burbujas para cada pequeña inclusión de fusión, así como instrumentos sensibles para medir la cantidad de volátiles atrapados en el vidrio templado.
"Eso puede decirnos algunos de los detalles de los últimos momentos del magma antes de que se apagara".
Pequeñas burbujas
Utilizando un espectrómetro Raman hecho a medida en ASU en el Centro LeRoy Eyring de Ciencia del Estado Sólido (LE-CSSS), Chelsea Allison configuró el análisis de inclusión de fusión en el que las muestras se excitan primero con un láser de zafiro azul. Las inclusiones de masa fundida de alta calidad se pulieron y se tomaron imágenes con un microscopio petrográfico en preparación para el análisis Raman.
Como una muñeca rusa, dentro del pequeño cristal se encuentra esta pequeña inclusión de fusión (ahora vidrio), y luego dentro de la inclusión de fusión hay una burbuja, y dentro de la burbuja hay dióxido de carbono.
"La espectroscopia Raman se puede utilizar para medir la densidad del dióxido de carbono, y luego, a partir del volumen y la densidad de la burbuja, se puede utilizar para calcular una masa", dijo Clarke. "Allison tuvo que hacer todo tipo de cosas, incluida la creación de estándares para asegurarse de que lo que estaba midiendo fuera preciso. Usó cantidades conocidas de dióxido de carbono dentro de pequeños tubos de vidrio para hacer una curva de calibración".
"La gente solía ignorar las burbujas, pensando que no había nada importante dentro, pero resulta que era casi todo dióxido de carbono", dijo Clarke. "Hemos agregado ese dióxido de carbono dentro de la burbuja al presupuesto total de dióxido de carbono del magma".
"Todo eso se une, porque una vez que tienes los volúmenes de la erupción y el contenido volátil total del magma, puedes comenzar a comprender cuánto se expulsó a la atmósfera y cómo se ve eso en comparación con otras erupciones".
Vino de lo profundo
La fase gaseosa de dióxido de carbono jugó un papel fundamental en el impulso de la erupción explosiva, con el gas almacenado en el magma del cráter Sunset a una profundidad de 15 km por debajo de la superficie.
"Creemos que el magma ya estaba burbujeando a 15 km de profundidad, y eso no es lo que la gente suele pensar sobre los sistemas de magma con estos volcanes. Se ha demostrado antes que tienes una fase de burbuja. Y si tienes un sistema que ya es burbujeante y eso de profundidad, significa que podría tener un ascenso realmente rápido ".
Aunque el impacto del vulcanismo basáltico en el sistema atmosférico global es en gran parte desconocido, este alto contenido de dióxido de carbono y azufre de la erupción también podría haber tenido un gran impacto en la atmósfera en el momento de la erupción.
También compararon los volátiles magmáticos en Sunset Crater con los de erupciones silícicas explosivas formadoras de caldera como la Bishop Tuff para resaltar las diferencias en su abundancia y composición. Esta comparación sugirió que la fase rica en dióxido de carbono es una condición pre-eruptiva crítica que impulsa erupciones basálticas altamente explosivas.
Las erupciones silícicas explosivas, aunque aún mucho más grandes en términos de volumen erupcionado, son mejores analogías con la dinámica de la erupción del Sunset Crater. Dos de estas erupciones históricas, la erupción de 1991 en Pinatubo (Filipinas) y la erupción de traquiandesita en 1815 en Tambora (Indonesia), resultaron en profundos impactos atmosféricos.
La erupción del Pinatubo, que tuvo un impacto significativo en el clima global durante tres años después de la erupción, hizo erupción 10 veces la masa de magma (5 km 3 DRE) que Sunset Crater (0,5 km 3 DRE), pero liberó solo ~ 3 veces la masa de dióxido de azufre. La erupción de Tambora fue responsable del "año sin verano", y aunque hizo erupción ~ 60 veces la masa de magma (30 km 3 DRE) que Sunset Crater, liberó sólo ~ 9 veces la masa de dióxido de azufre.
Las lecciones aprendidas de Sunset Crater y su tipo de vulcanismo basáltico todavía podrían informarnos hoy.
Crédito: Universidad Estatal de Arizona
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