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EXOBIOLOGÍA
Y CIENCIAS PLANETARIAS
La búsqueda de vida en el Universo

Vulcanismo en el Sistema Solar

¿Cuáles son los cuerpos del Sistema Solar con actividad volcánica comprobada y en cuáles se sospecha que pudiera haberla?

Por: Luis A. Saldarriaga B
Exobiólogo aficionado
Cali, marzo 28 de 2005 *

Cleveland Volcano, Aleutian Islands, Alaska
Volcán Cleveland
(Volcán de zona de subducción en las Islas Aleutianas, Alaska)

Desde luego todos sabemos que hay volcanes activos en nuestro planeta y hemos escuchado además de los espectaculares volcanes mucho más activos de Io. También nos han hablado de los impresionantes edificios volcánicos presentes en la superficie de Marte y los más de 1.000 volcanes que alguna vez hicieron erupción en Venus. Pero, ¿qué sabemos del resto de nuestro Sistema Solar o de fenómenos tan extraños como el criovulcanismo?

El vulcanismo en términos generales puede ser definido como el flujo de materiales fundidos desde el interior de un cuerpo celeste sólido hasta su superficie. Normalmente asociamos estos flujos con roca fundida (lava), pero también existe el criovulcanismo, en el cual lo que sale a la superficie no es lava sino hielo (de agua o de otras sustancias), o una mezcla de hielos a temperaturas muy por debajo del punto de congelación del agua.

La lista resulta sorprendentemente grande, con cerca de 20 objetos, incluyendo 4 planetas, aproximadamente 14 satélites (hay algunos en duda) y al menos un asteroide y un objeto del cinturón de Kuiper. Veamos algunos detalles.

Tipos de volcanes

La superficie de nuestro planeta no es continua, sino que está fragmentada en bloques gigantescos denominados placas tectónicas, las cuales interactúan entre ellas. Como consecuencia de dichas interacciones se producen movimientos ascendentes de magma (roca fundida a temperaturas muy altas) que dan origen a diferentes tipos de vulcanismo (según los ambientes donde se originan). En general, los volcanes se pueden clasificar en 3 categorías:
  1. Volcanes de centros de expansión (también conocidos como zonas de rift). Se encuentran donde dos placas tectónicas se separan, principalmente en el llamado Rift africano y en las dorsales oceánicas. También producen basaltos. No hay casos confirmados en el Sistema Solar (aparte de la Tierra).
  2. Volcanes de zonas de subduccción. Se encuentran donde una placa tectónica se mete (subduce) por debajo de otra, principalmente en el llamado cinturón de fuego del Pacífico. Suelen ser muy explosivos, produciendo en ocasiones flujos piroclásticos (nubes de gases ardientes y rocas incandescentes). Producen magmas andesíticos y graníticos (lavas con mayor contenido de silicio y menor contenido de hierro y magnesio que los basaltos). Hay dos casos probables de este tipo de vulcanismo en Mercurio y Marte.
  3. Volcanes de puntos calientes (hot spots). Se localizan en medio de placas tectónicas. Producen basaltos (lavas con bajo contenido de silicio y alto contenido de hierro y magnesio). Este tipo de lavas son muy fluídas, dando origen a estructuras volcánicas conocidas como volcanes en escudo (por su forma). Los más conocidos son los de Hawaii. Este tipo de volcanes también ha sido identificado en Venus y Marte.

Plate boundaries
Placas tectónicas y tipos de vulcanismo

Vulcanismo con flujos de lava

Planeta o Luna

Estado actual

MercurioInactivo
VenusProbablemente activo
TierraActivo
Luna (de la Tierra)Inactivo
MarteProbablemente activo
4 Vesta (Asteroide)Inactivo
Io (Luna de Júpiter)Muy activo

La Luna y Mercurio

Lava flows in Mare Imbrium
La Luna
Flujos de lava en Mare Imbrium 		Homer pyroclastics

Mercurio
Depósitos probables de vulcanismo explosivo
(¿flujos piroclásticos?)

Ambos cuerpos conservan las huellas de procesos antiguos de vulcanismo ahora inactivos. En la Luna hay regiones de origen volcánico. Igual fenómeno se observa en Mercurio. Es posible que en ambos casos sean el producto de grandes flujos de lava desencadenados por impactos meteoríticos; y en ambos casos la actividad volcánica, cualquiera que fuera su causa, debió desaparecer hace muchos millones de años. Para el caso de Mercurio es posible que haya estado activo durante menos tiempo aunque no hay total claridad en este sentido (Mercury Unveiled). Es interesante anotar que en este planeta se han detectado posibles depósitos piroclásticos en el cráter Homero y un posible volcán en escudo de unos 500 km de diámetro (detectado por radar desde la Tierra).

En la Luna podemos destacar los siguientes hechos:

  1. Se observan extensas llanuras de origen volcánico (basaltos) llamadas "maria" (mares, pues antiguamente se pensaba que lo eran).
  2. Presencia de Rilles (canales o tubos de lava) en diferentes lugares, entre ellos Oceanus Procellarum.
  3. Se detectaron gases volcánicos en casi todos los sitios visitados por las naves Apolo.
  4. La Luna debió estar cubierta por un océano de lava en sus comienzos.
  5. La actividad volcánica debió desaparecer hace unos 3 mil millones de años.

Venus

Perspective View of Sapas Mons
Venus
Flujos de lava en Sapas Mons

Se han identificado más de 1.000 volcanes. La evidencia geológica apunta a que hace unos 600 - 800 millones de años este planeta debió sufrir un episodio masivo de vulcanismo a nivel global que borró cualquier huella de actividad geológica previa (Venus: Hothouse Planet). Es difícil saber si actualmente está activo. La misión Magellan (Magallanes) que sobrevoló a este planeta por cerca de 5 años no detectó ningún volcán activo y no sabemos si la fase de vulcanismo masivo fué el final de su historia geológica, o si estos episodios se repetirán en el futuro.

Pancake Volcanoes
Volcanes en forma de panqueques
 Cluster of Cone Volcanoes
Enjambre de volcanes

En Venus se pueden identificar 4 tipos de volcanes:

  1. Volcanes pequeños (diámetro < 20 km) en escudo, a veces en enjambres (grupos muy numerosos de volcanes).
  2. Volcanes intermedios (diámetro 20 - 100 km). Magmas viscosos. Se conocen con el nombre de panqueques.
  3. Volcanes grandes (diámetro > 100 km) en escudo, similares a los hawaianos.
  4. Coronae: se caracterizan por presentar grandes anillos concéntricos por donde aparentemente hubo flujos de lava.

Marte

The major Tharsis volcanoes Marte
Volcanes de la región Tharsis.

Tambien aquí hay señas impresionantes de una actividad volcánica pasada y aunque no hay certeza absoluta, algunos datos llevan a pensar en la posibilidad de que aún persista cierto nivel de vulcanismo, entre ellos la reciente detección de emisiones de metano y vapor de agua (una hipótesis alterna podría ser la presencia de bacterias productoras de metano en el subsuelo) y las imágenes tomadas por la cámara de alta resolución (HRSC) a bordo de la Mars Express que indican actividad volcánica que podría datar de hace apenas 2 millones de años (Fire And Ice: Mars Images Reveal Recent Volcanic And Glacial Activity).

Tyrrhena Patera
Tyrrhena Patera (Marte): Volcán de bajo relieve (< 2 km) y alta erosión en sus flancos. Esto hace pensar que se formó por flujos piroclásticos y depósitos de ceniza

Entre las características de los volcanes marcianos podemos destacar:

  1. Volcanes gigantescos en escudo (de punto caliente), los cuales son los más altos y grandes de todo el Sistema Solar: Olympus Mons (altura: 21.183 m y 600 km de base), Ascraeus Mons (altura: 18.201 m), Pavonis Mons (altura: 14.122 m), Arsia Mons (altura: 17.404 m), Elysium (altura: 13.289 m), Alba Patera (altura: 6.620 m y 1.600 km de base).
  2. Lavas basálticas muy fluidas, lo cual explica porqué algunos de ellos tienen bases muy extensas (como Alba Patera).
  3. Los grandes volcanes parecen haber estado activos de manera periódica por miles de millones de años.
  4. La última fase de actividad pudo ocurrir hace apenas 2 millones de años.

4 Vesta

Es posible que este asteroide se haya formado cerca del Sol y que haya tenido algún tipo de actividad interna en su pasado geológico (Dawn to Split Asteroid Differences). Imágenes obtenidas por el telescopio espacial Hubble (Hubble Maps the Asteroid Vesta) revelan que alguna vez pudieron haber flujos de lava desde su interior que cubrieron toda la superficie.

Active Volcanic Plumes on Io
Penachos volcánicos en Io

Arriba: Pillan Patera
Abajo: Prometheus 		Volcanic Eruption at Tvashtar Catena, Io
Io
Erupción volcánica en Tvashtar Catena

Io

http://www.solarviews.com/browse/jup/ioplumedisc.jpg

Pele, el primer volcán activo descubierto por fuera de la Tierra

Esta luna de Júpiter es sin duda el cuerpo más activo del Sistema Solar, debido a que se encuentra en resonancia 1:2:4 con Europa y Ganímedes. Esto significa que por cada vuelta que da Ganímedes alrededor de Júpiter, Europa da 2, e Io 4. Por lo tanto Io es jalonado gravitacionalmente cada 4 vueltas hacia un lado por Júpiter y hacia el lado opuesto por Europa y Ganímedes. Las atracciones gravitatorias en diferentes direcciones ocasionan que se estire unos 100 metros (algo así como una marea de 100 metros de altura) y que su interior sufra un proceso de calentamiento extremo (de manera similar a un clip cuando se retuerce repetidas veces): se han detectado temperaturas cercanas a los 2.0000 C. Esto es lo que se conoce como fuerzas de marea. La consecuencia es un vulcanismo muy activo que le da a esta luna joviana el aspecto de una pizza de champiñones.

Una semana antes del arribo de la misión Voyager a Io en marzo de 1979, un grupo de científicos liderado por Stanton Peale publicó en la revista Science un artículo donde predecían que esta luna debía estar muy activa volcánicamente (Melting of Io by tidal disssipation. Science, 2 March 1979). Esta predicción fue confirmada pocos días después por la ingeniera del JPL (Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA) Linda A. Morabito quien descubrió un volcán activo (Pele) en una de las imágenes. Entre los hallazgos hechos por las misiones Voyager (1979) y Galileo (1996-2003) podemos destacar:

  1. Centenares de volcanes activos.
  2. Más de 200 calderas mayores de 20 km de diámetro.
  3. Altas temperaturas: en Pillan Patera (llamado así por el dios suramericano del fuego y los volcanes) se han detectado temperaturas superiores a los 1.500° K.
  4. Erupciones tipo géiser, impulsadas por SO2 supercalentado hasta su punto de ebullición.
  5. Prometheus (llamado así por el dios griego del fuego) ha estado activo desde 1979 y se ha desplazado hacia el oeste unos 80 km.

    Criovulcanismo

    Criovulcanismo
    Planeta o LunaEstado actual
    Ganímedes (Luna de Júpiter)Inactivo
    Europa (Luna de Júpiter)Activo (?)
    Titán (Luna de Saturno)Activo (?)
    Enceladus (Luna de Saturno)Activo
    Tethys (Luna de SaturnoInactivo
    Dione (Luna de Saturno)Inactivo
    Rhea (Luna de Saturno)Inactivo
    Iapetus (?)* (Luna de SaturnoInactivo
    Oberón (Luna de Urano)Inactivo
    Titania (Luna de Urano)Inactivo
    Umbriel (?)** (Luna de Urano)Inactivo
    Ariel (Luna de Urano)Inactivo
    Miranda (Luna de Urano)Inactivo
    Tritón (Luna de Neptuno)Activo
    Quaoar (Cinturón de Kuiper)Activo (?)
    * Hipotético y mal sustentado hasta la fecha
    ** Ver texto para mas detalles

    El otro tipo de vulcanismo se conoce como criovulcanismo o diapirismo que consiste en el calentamiento de masas de hielo las cuales, por su menor densidad, ascienden lentamente por entre la corteza helada hacia la superficie. Lo que sale a la superficie no es lava sino hielo (de agua) o una mezcla de hielos poco densos o lìquidos a temperaturas muy por debajo del punto de congelaciòn del agua. Entre los mas probables están:

    1. Una mezcla de amoníaco y agua. Es bien sabido que el amoníaco actúa como anticongelante lo cual permitiría que, mezclado con el agua, produzca un líquido superfrío: puede bajar el punto de congelación del agua hasta 176o K (97 grados centígrados bajo cero). Esta mezcla se comporta de manera similar al magma (roca fundida en el interior de la Tierra) y podría explicar las modificaciones observadas en muchos cuerpos del exterior de nuestro Sistema Solar (ver McKinnon WB: Midsize Ice Satellites en referencia 3). En Titán, por ejemplo se ha postulado que podría formar una especie de mar interior que, en ocasiones, haría erupción hacia la superficie.

    2. Dióxido de carbono. Este mecanismo se ha propuesto para explicar ciertos rasgos de las superficies de Marte y Europa.

    3. Monóxido de carbono. Propuesto para modificaciones antiguas en la superficie de Ariel (luna de Urano).

    4. Metano. Tambien propuesto para Ariel, Iapetus (luna de Saturno) y Tritón (luna de Neptuno).

    5. Nitrógeno líquido. Posiblemente este sea el mecanismo responsable de los géiseres observados en Tritón.

    Europa

    Ice crust in the Conamara region of Jupiter's moon
    Europa: El color rojizo pudo ser producido por minerales transportados por vapor de agua liberado desde el interior de la corteza en Conamara

    En Europa ha sido invocado el diapirismo (una forma de criovulcanismo explicable en este caso por fenómenos de resonancia) como el responsable de la presencia de terrenos "caóticos" en regiones como Conamara. Se cree que esta forma de vulcanismo produce el calentamiento de masas de hielo las cuales, por su menor densidad, ascienden lentamente por entre la corteza helada hacia la superficie, modificándola hasta formar dichos terrenos. Esto explicaría la aparición de materiales tales como sales y arcillas, responsables de la apariencia moteada de esas zonas. Se cree que estos materiales provienen de un océano interior ubicado entre 10-15 km por debajo de la corteza de hielo. La presencia del océano interior también se explica como una consecuencia de las fuerzas de marea desencadenadas por fenómenos de resonancia.

    Otra posibilidad es la acción de géiseres de CO2 (dióxido de carbono) que saldrían a través y a lo largo de líneas de fractura en el hielo. Y aunque Europa podría estar aun geológicamente activa, una cuidadosa comparación de imágenes obtenidas por las sondas Voyager y Galileo (17 años despues) no mostró cambios superficiales obvios (Cynthia Phillips citada en referencia 4).

    Ganímedes

    En Ganímedes, la más masiva y exterior de las tres lunas en resonancia con Júpiter (junto con Io y Europa), y por lo tanto la que menos sufre por este fenómeno; se cree que el criovulcanismo jugó un papel poco importante en el proceso de "remodelado" superficial que debió sufrir este cuerpo celeste hace millones de años.

    Titán

    An icy volcano on Titan
    Titán: Se cree que este es un volcán de hielo

    Los datos arrojados hasta ahora por la misión Cassini-Huygens sugieren que hay una capa líquida de amoníaco y agua por debajo de la corteza en esta luna de Saturno. Según Jonathan I. Lunine, científico planetario de la Universidad de Arizona que colabora con la Agencia Espacial Europea (ESA), esta mezcla en ocasiones hace erupción sobre la superficie modificándola de manera similar a como lo hace la lava volcánica en nuestro planeta (Titan's Atmosphere May Have Come from Ammonia, Huygens Data Say ). De hecho algunas imágenes obtenidas por el radar de sonda Cassini muestran zonas de la superficie de Titán donde dicho fenómeno pudo ocurrir. Recientemente se reportó la detección (por parte de dicha misión) de una estructura de unos 30 km de diámetro, similar a un domo volcánico, que se cree puede estar liberando metano en la atmósfera (Release of volatiles from a possible cryovolcano from near-infrared imaging of Titan Nature 435, 786-789, 9 June 2005).

    Enceladus

    Fountains of Enceladus
    Enceladus: Actividad criovolcánica en el Polo Sur

    Se ha detectado una pluma activa en su Polo Sur que emite vapor de agua y partículas de hielo. Se cree que, debido a que esta luna está en resonancia 1:2 con Dione (lo que significa que por cada dos vueltas que da Enceladus alrededor de Saturno, Dione da una), las atracciones gravitatorias que ejercen, Saturno por un lado y Dione por el otro; ocasionan que su interior sufra un proceso de calentamiento por fuerzas de marea (tal como sucede con la Io). Este mecanismo podría proporcionar una fuente de calor suficiente para derretir parcialmente su interior, produciendo agua líquida presurizada. Esta, al ser expulsada al vacío exterior, se expande inmediatamente; convirtiéndose en un géiser gaseoso (de vapor de agua) que escapa aceleradamente, arrastrando consigo partículas de hielo.

    Otras lunas de Saturno

    Yendo de adentro de hacia afuera nos encontramos con Tethys, Dione y Rhea. Estas 3 lunas muestran señales inequívocas de antigua actividad volcánica en sus superficies. En las dos primeras se observan "llanuras" formadas por flujos de soluciones (quizás mezclas de amoníaco y agua). En Rhea el fenómeno fué mucho mas limitado afectando sólo la porción oriental de su polo norte. Más hacia afuera nos encontramos con Iapetus, una curiosa luna cuyo uno de sus hemisferios es mucho mas oscuro que el otro. Se han propuesto varios mecanismos para explicar esta curiosa dicotomía y, aunque no es fácil explicar como la actividad interna de un cuerpo pueda afectar sólo la mitad de su superficie (es mas probable que sea contaminación a partir de una fuente externa aunque los datos de la misión Cassini descartan a Phoebe), el vulcanismo no puede ser totalmente descartado.

    Lunas de Urano

    Yendo de afuera hacia adentro nos encontramos con Oberón, Titania, Umbriel, Ariel y Miranda. Oberón muestra algunas huellas de materiales oscuros atribuídos a actividad volcánica secundaria a impactos meteoríticos. Estos materiales podrían estar formados por hielo de agua o de metano mezclado con rocas carbonáceas. Por otra parte la evidencia de criovulcanismo en Umbriel es mínima pero no puede descartarse. Para Titania, Ariel y Miranda (especialmente esta última) en cambio hay evidencia de flujos masivos que alteraron significativamente sus superficies. Este es un fenómeno que llama poderosamente la atención sobre todo en el caso de Ariel y Miranda, dos lunitas que son de apenas un tercio y menos de un sexto del tamaño de nuestra Luna, sólo explicable por posibles antiguas resonancias entre ellas y Umbriel. Esta última, al ser la mas masiva y exterior de las tres, sufrió el menor efecto (recordemos el caso de Ganímedes).

    Tritón

    Triton South Pole dark plumes
    Tritón: Géiseres de nitrógeno en el polo sur

    Con una temperatura de apenas 38o K (235 grados centígrados bajo cero), casi nadie esperaba encontrar alguna actividad en esta luna del lejano Neptuno. Por eso llamó poderosamente la atención observar la presencia de al menos 4 géiseres, un fenómeno asociado con temperaturas por lo menos 300o centígrados mas altas, en las imágenes enviadas por la Voyager II en su sobrevuelo de Agosto de 1989. Esto es posible gracias a que Tritón está recubierta por una capa de hielo de nitrógeno la cual permite el paso de la débil luz que alcanza a llegar desde el Sol, hasta varios metros de profundidad. Esto a su vez tiene como efecto elevar la temperatura del nitrógeno sólido en unos 2o K, un fenómeno que se conoce como efecto invernadero de estado sólido (paso directo de la fase sólida a la fase gaseosa). El efecto final resultante es el estallido de una nube de nitrógeno gaseoso que sale disparada hasta 8 kilómetros de altura sobre la superficie.

    Quaoar

    Quaoar es el objeto mas grande del cinturón de Kuiper (esto es, si decidimos seguir considerando a Plutón como un planeta). Hallazgos recientes hablan de la presencia de cristales de hielo de agua y posiblemente amoníaco en su superficie, una mezcla de la cual ya hemos hablado repetidamente a lo largo de este artículo (Frozen heavenly body hints at a warm heart). Los cristales de hielo sólo se producen a temperaturas superiores a 110o K (163 grados centígrados bajo cero). Esto sugiere que Quaoar debe estar sufriendo ahora mismo un proceso de calentamiento interno responsable de flujos criovolcánicos sobre su superficie.

    Defrosting Terrain
    Marte: Abanicos producidos por géiseres de CO2 en el polo sur

    Marte

    El criovulcanismo ha sido detectado recientemente en el polo sur de Marte. El proceso comienza en el frío invierno marciano en dicha zona, cuando las temperaturas caen hasta unos 130º C bajo cero. El dióxido de carbono (CO2), principal componente de la atmósfera, se congela y cae; creando una capa de hielo seco de unos 90 cm de espesor sobre la superficie de hielo de agua permanente. El polvo y las partículas atrapadas por este hielo de CO2 se sedimentan poco a poco, lo que hace que esta capa se vuelva semitransparente. Al llegar la primavera, el Sol comienza a calentarla desde su base de arena y polvo, lo que hace que el dióxido de carbono se sublime (pasa directamente de la fase sólida a la fase gaseosa), generando un gas que sale expulsado desde la base a alta velocidad (superior a los 160 km/h), arrastrando en el proceso partículas de polvo y arena a gran altura. Las partículas más pesadas caen cerca, acumulándose para formar manchas oscuras; mientras que las más livianas forman al caer abanicos, los cuales se extienden radialmente por centenares de metros en la dirección del viento predominante en ese momento.

    Información adicional

    1. Nine Planets

    2. Solar Views

    3. Beatty JK, Petersen CC, Chaikin A: The New Solar System. Sky Publishing Corp. (1999)

    4. Showman AP, Malhotra R: The Galilean Satellites Science 286: 77 (1999)

    5. Soderblom LA, Johnson TV: The Moons of Saturn Scientific American 246 (1): 72 (January 1982)

    6. Johnson TV, Brown RH, Soderblom LA: The Moons of Uranus Scientific American 256 (4): 40 (April 1987)

    7. Lunine JI: Voyager at Triton. Science 250: 386 (1990)

    8. Enceladus 2006

    9. Gas jets spawn dark 'spiders' and spots on Mars icecap

    * Última actualización: agosto 22 de 2006

     

    luisarcelio@yahoo.com

     

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