Isla Decepción, ubicada en el archipiélago de las Shetland del Sur, es uno de los pocos volcanes activos del continente antártico y el único que permite el acceso directo a su caldera. Este entorno extremo y relativamente aislado es un excelente laboratorio natural que ofrece condiciones excepcionales para estudiar los procesos volcánicos y magmáticos en profundidad para avanzar en la predicción de los fenómenos eruptivos.

En este marco de estudio, el geólogo de la Universidad de Salamanca Antonio Álvarez Valero lidera el consorcio investigador con científicos procedentes de Japón, Nueva Zelanda, Reino Unido, Italia y España que acaba de datar por primera vez “el evento de formación del volcán más activo de la Antártida, en Isla Decepción, así como el posterior evento eruptivo y más grande jamás registrado en la región antártica que originaría la morfología actual de la caldera y su característico aspecto de herradura”, informa Álvarez Valero a Comunicación USAL.

Los resultados, todo un hito para la comunidad científica internacional, acaban de ser publicados por la revista ‘Scientific Reports’ y presentados en la última edición del congreso de vulcanología más importante a nivel mundial, el ‘IAVCEI25’ (International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth's Interior). En esta ocasión, el encuentro, organizado cada cuatro años, se celebró del 29 a al 4 de julio en Ginebra (Suiza) y reunió en torno a unos 1.500 expertos que debatieron y revisaron la actualidad en el campo de la vulcanología y pudieron conocer de primera mano el trabajo dirigido por la Universidad de Salamanca.

Los resultados del proyecto se presentaron en la última edición del congreso mundial de vulcanología'IAVCEI25', celebrado en Ginebra (Suiza)

Concretamente, el consorcio internacional ha podido determinar, gracias a la identificación de una señal de isótopo de masa 3 del Helio (3He) de origen cosmogénico en las muestras geológicas recogidas, que la formación del volcán de Isla Decepción se remontaría a 4 millones de años atrás, “momento en el que emerge el material del fondo oceánico y comienza a recibir el bombardeo de radionucleido cósmico procedente del espacio exterior, que quedó registrado en las rocas expuestas en superficie y ha permitido desentrañar su edad”.

Por otra parte, los investigadores también pudieron estimar que fue hace 4 mil años cuando tuvo lugar “el evento eruptivo antártico que dio origen a la morfología actual de la isla, tras un colapso inmenso de la caldera que vació la cámara magmática bajo el volcán”, subraya el geólogo de la USAL. Cabe recordar que se trata de un volcán que nace en fondo oceánico, controlado por una tectónica de placas compleja con varias microplacas en funcionamiento y mecanismos de subducción implicados.

Isla Decepción, ubicada en el archipiélago de las Shetland del Sur.

Isótopos de Helio procedentes de tormentas cósmicas

Los novedosos resultados han sido obtenidos al hilo de la ejecución del proyecto “eruptING” del que Álvarez Valero es investigador principal y se desarrolla al amparo del Plan Nacional de Investigación del Gobierno de España. La iniciativa científica persigue descifrar si existe conexión entre la actividad volcánica y los periodos de glaciación en volcanes de regiones polares y otros volcanes de alta altitud -ubicados en Nueva Zelanda, Japón e Italia-, además de precisar si las erupciones en ambientes polares están influenciadas por la carga y descarga del hielo, sea glaciar o estacional.

Para avanzar en la predicción de los eventos eruptivos, “eruptING” se centra en el estudio de la evolución geoquímica de los volátiles desde su liberación en el magma profundo hasta su liberación en superficie, como indicadores de una potencial erupción. Motivo por el que, precisamente, los investigadores estudiaban en Isla Decepción el funcionamiento de la variación de las relaciones isotópicas de los gases nobles en la cámara magmática del volcán que resultó el desencadenante del hallazgo.

En este sentido, durante el proceso de análisis de los gases capturados en las muestras recogidas en superficie (minerales de olivino en rocas basálticas), Álvarez Valero y sus colegas de Japón y Reino Unido detectaron una señal isotópica de Helio anormalmente alta para haberse generado en cualquier proceso geológico de nuestro planeta, “unos valores que al principio incluso nos hicieron dudar de la estabilidad de la instrumentación que estábamos empleando para las mediciones”.

Los investigadores del consorcio internacional en su trabajo de campo en Isla Decepción

Los isótopos estables son “átomos de un mismo elemento, pero con distinta masa, precisamente, estables. No varían a lo largo de la historia geológica y permiten trazar un proceso geológico”, en este caso, el que era objeto de estudio sobre la evolución del magma en profundidad hasta la superficie. La señal generada por el planeta para los isótopos de Helio “tiene un valor típico en el manto terrestre a profundidad, que sería de 8 ya normalizado al valor atmosférico, y en los análisis nosotros llegábamos incluso a obtener valores de 900”, exclama al respecto.

La réplica de los análisis en el laboratorio de referencia mundial, localizado en la Universidad de Tokio (Japón), confirmó la señal isotópica tan llamativa y disipó cualquier duda: los científicos estaban ante un ejemplo de señal alta por radiación cosmogénica del isótopo de 3He procedente de tormentas cósmicas. Un tipo de fenómenos durante los que las radiaciones de estas partículas cósmicas consiguen penetrar la atmósfera y que están controlados por el campo geomagnético del planeta, favorecidos en las regiones polares al ser este más débil allí.

Buque 'Hespérides' en una de las pasadas campañas científicas realizadas en la Antártida con participación de la USAL

Investigación en geocronología, reto científico tecnológico

El sorprendente hallazgo abre ahora una nueva línea de investigación ligada a la propia del proyecto de investigación, magmática-volcánica, y relacionada con la geocronología, para la que el análisis de las señales isotópicas cosmogénicas supone todo un reto científico-tecnológico.

La producción de núcleos cosmogénicos (especialmente 3He) para la datación de la exposición superficial terrestre de muestras de roca/mineral es una técnica reciente en geocronología utilizada principalmente cuando el material de estudio no contiene minerales datables, como los circones para edades antiguas o material orgánico para edades recientes.

El investigador de la USAL Antonio Álvarez Valero cuantifica el material volcánico extraído durante las expediciones

Cuando se utiliza para cuantificar edades en material volcánico, hay que “controlar en detalle que la señal de 3He/4He propia del magmatismo en profundidad no interfiera con una potencial señal proveniente del espacio exterior”, matiza el científico de la USAL. Para ello, el equipo tuvo que separar las relaciones isotópicas de los dos diferentes procesos aplicando dos técnicas distintas de extracción de los volátiles atrapados en los minerales (olivinos) que crecieron en el material volcánico que llegó a la superficie.

“La primera, la señal magmática en profundidad de nuestro planeta, queda atrapada en esos olivinos mediante inclusiones de fluidos y fundidos del magma en el que los olivinos se forman”. La manera de extraerlos es mediante la trituración de los minerales bajo ultra-alto-vacío. El segundo paso a seguir para obtener la señal isotópica procedente del espacio exterior consiste en fundir en totalidad el material triturado previamente, para lo que se utilizan hornos de fusión de muy alta temperatura para ser reproducida en un laboratorio. De hecho, “para conseguir fundir totalmente algunos de estos olivinos triturados, tuvimos que aplicar temperaturas absolutas de 2000ºC”.

Por otra parte, estas técnicas de datación presentan mayor complejidad todavía ya que los investigadores también deben aplicar correcciones respecto a incertidumbres a lo largo de la historia del material geológico de estudio, relacionadas con las tasas de erosión, el recubrimiento de la superficie por nieve, agua o suelo, la altura de muestreo y el ángulo de exposición.

Estructuras glaciares en la región antártica

Con todo ello, el grupo de investigación ha conseguido discernir con toda precisión ambas señales isotópicas y descifrar “la edad geológica capturada en la estructura cristalina del mineral”. Los interesantes resultados obtenidos proponen, además, una tasa de producción de radionucleidos en latitudes polares más alta de la que se tenía controlada hasta ahora, lo que también supondrá implicaciones para la investigación en astronomía y cosmoquímica.

Cada volcán es “un problema distinto, cada uno con un funcionamiento particular, pero con ciertas características comunes”. Por ello, avanzar en el conocimiento de un sistema magmático volcánico, desde su emplazamiento en profundidad hasta su erupción, desde la multidisciplinariedad y en colaboración con grupos punteros, permite a la USAL continuar “a la vanguardia de la investigación en este ámbito de estudio y sumar fortalezas para seguir avanzando en predicción, nuestra contribución científica principal a la vulcanología”, concluye. 

Proyecto ‘eruptING’

Los resultados de investigación han sido financiados principalmente gracias al proyecto del Plan Nacional de Investigación “eruptING”, aún en plena ejecución en los volcanes activos de Isla Decepción, Hofsjökull (Islandia), Ruapehu y Tongariro (Nueva Zelanda), Zao y Azuma (Japón) y Vulture (Italia).

Los científicos del consorcio internacional durante su trabajo en el proyecto eruptING en Hofsjökull (Islandia)

Asimismo, la colección de muestras empleadas para la investigación también se apoya en las campañas antárticas realizadas por el grupo de Álvarez Valero durante la última década en el marco de los proyectos RECALDEC, PEVOLDEC, POSVOLDEC e HYDROCAL.

En la publicación del artículo de investigación participaron científicos del GEO3BCN e IEO (CSIC), Universidad de Barcelona, Universidad de Tokyo y Universidad de Yamagata (Japón), Universidad de Manchester (Reino Unido), Universidad de Massey (Nueva Zelanda) y del INGV (Italia).

Referencia:

Antonio Álvarez, geólogo de la Universidad de Salamanca