Tema 3.- RIESGOS RELACIONADOS CON LA GEODINÁMICA INTERNA

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1 Tema 3.- RIESGOS RELACIONADOS CON LA GEODINÁMICA INTERNA 3.1. Vulcanismo Concepto y origen de los magmas. Tipos de magmas Factores que determinan el tipo de vulcanismo Distribución de las áreas volcánicas y su relación con la Tectónica de Placas Vulcanismo reciente en las islas Canarias y en áreas volcánicas de la Península Ibérica Áreas de riesgo volcánico en España Planificación de los riesgos volcánicos Sismicidad Origen de los terremotos Ondas sísmicas Parámetros de medida. Daños originados por los seísmos Riesgo sísmico y planificación antisísmica Áreas de riesgo sísmico en España Vulcanismo Concepto y origen de los magmas. Tipos de magmas. Un magma es una mezcla compleja de silicatos fundidos, a temperaturas que oscilan entre 700 y C, que contiene proporción considerable de vapor de agua y otros compuestos (CO2, F, Cl, Br,...) que son volátiles a presión ordinaria, pero que, a las grandes presiones existentes en el interior de la corteza terrestre, permanecen incorporados al sistema en fusión. En general, una roca es un conjunto de minerales, cada uno de ellos con su punto de fusión característico. Por lo tanto, la roca no tendrá un punto de fusión, sino un intervalo de temperaturas en el que parte de la roca estará fundida y otra parte sólida. El punto de comienzo de fusión de una roca constituye el punto de solidus y el del final de fusión el punto de liquidus, entre ambos, una roca estará parcialmente fundida. Se dice que la astenosfera está en un estado de fusión incipiente ya que el porcentaje de fusión del manto a esa profundidad sólo es de un 1-3%.y esa porción de magma forma una fina película alrededor de los minerales no fundidos. Cómo se convierte esta fina película en las fuentes de lava que arrojan los volcanes? Hay tres sistemas para producir magma en la Tierra: 1. Por un aumento de la temperatura, debido a causas mecánicas (fricción entre placas), a la cercanía de otra masa fundida o a la concentración de minerales radiactivos. 2. Por una disminución de presión, fenómeno ligado a procesos distensivos entre placas o a la existencia de fracturas en la litosfera. 3. Por adición de agua, debido a que los grupos OH rompen eficazmente los enlaces Si-O que forman la base estructural de los silicatos. 1

2 Así pues, toda roca en estado de fusión incipiente o cercana a él se puede convertir en magma si sufre uno de los tres procesos descritos anteriormente, aunque en las situaciones geológicas reales (dorsales, zonas de subducción, puntos calientes) se suelan combinar varios de ellos. Origen de los magmas: por descompresión y por fricción Los tipos principales de magmas son tres: basáltico, andesítico y granítico. De ellos, el basáltico y el granítico son magmas primarios, lo que significa que provienen directamente de rocas del manto o la corteza fundidas en uno de los procesos descritos anteriormente, mientras que la naturaleza de los andesíticos es un tema más discutido. Durante varias décadas se pensó que había un sólo magma basáltico primario, sin embargo desde se sabe que las peridotitas del manto pueden producir varios tipos de magmas basálticos. De ellos destacan el toleítico, relativamente rico en sílice, aunque básico, y el alcalino, más pobre en sílice y más rico en Na y K que el anterior. En las dorsales y puntos calientes, los alcalinos suponen una fusión de un 15% del manto, a unos 80 Km de profundidad, y los toleíticos un 30% a unos 30 Km, mientras que en las zonas de subducción se generan magmas alcalinos entre km. Las andesitas, rocas más ricas en sílice y minerales hidratados (anfíboles, biotita) que los basaltos, se encuentran en todos los bordes destructivos de placa (tanto en arcos insulares como continentales tipo Andes). Son probablemente las de origen más complicado de todas las rocas magmáticas, hasta el punto de que ni siquiera hay acuerdo sobre si los magmas andesíticos son o no magmas primarios. Según unos autores se forman por fusión de las peridotitas, entre Km, en presencia de agua procedente de la deshidratación de minerales; según otros, se forma por fusión de la corteza que subduce a unos Km. (y sería un magma primario). Como no hay una solución definitiva, lo más prudente será considerar que las andesitas se pueden originar por los dos sistemas. El granito es una roca común en la corteza continental, rica en sílice, feldespatos (ortosa y plagioclasas) y biotita; los granitos jóvenes aparecen formando grandes masas (batolitos) en bordes destructivos de placa. Su origen hay que buscarlo en las zonas de subducción; cuando ésta tiene lugar bajo un continente, los magmas basálticos o andesíticos tendrán que atravesar en su ascenso la corteza continental, donde se encontrarán rocas ígneas o sedimentarias metamorfizadas ricas en cuarzo, feldespatos y micas y que, por tanto, serán fáciles de fundir. Los análisis han demostrado que se pueden formar granitos por fusión de rocas originalmente ígneas (granitos I) y otros por 2

3 fusión de rocas de origen sedimentario (granitos S). La mayoría de los plutones que se forman sobre las zonas de subducción son granitos I y se llaman también orogénicos ya que la propia subducción desencadena la creación de una cadena montañosa (orógeno). TECTÓNICA DE PLACAS Y TIPOS DE MAGMAS BORDES DE PLACA DORSALES ZONAS DE SUBDUCCIÓN TOLEÍTICOS (30 Km.) ALCALINOS (80 Km.) TOLEÍTICOS (50 Km.) ALCALINOS (50-70 Km.) ANDESÍTICOS( Km) GRANÍTICOS (<50 Km.) ZONAS INTRAPLACA PUNTOS CALIENTES ZONAS DE FRACTURA TOLEÍTICOS (30 Km.) ALCALINOS (80 Km.) Factores que determinan el tipo de vulcanismo. De sus propiedades físicas cabe destacar su grado de viscosidad, ya que de ella depende su movilidad y, consecuentemente, su mayor o menor facilidad de ascenso, así como su rapidez para enfriarse. La viscosidad está ligada a tres factores: presión, la temperatura y la composición. - a igualdad de presión, la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura. - a igualdad de temperatura, la viscosidad aumenta con la presión. - a igualdad de presión y temperatura, influyen dos factores: a mayor concentración de sílice (mayor grado de acidez), mayor viscosidad. a mayor concentración de volátiles (mayor presión interna), menor viscosidad. El tipo de vulcanismo, consecuentemente, va a estar en función de la viscosidad: Los magmas ácidos (como los graníticos), más viscosos muestran mayor dificultad para salir y provocan violentas explosiones. Los magmas básicos (como los basálticos), menos viscosos fluyen mejor y provocan erupciones efusivas. 3

4 Los magmas intermedios darán origen a erupciones más o menos violentas. En cualquier caso, el contenido de gases también condiciona mucho la forma de salir del magma. A mayor cantidad mayor riesgo potencial, y viceversa. Actividad volcánica Las estructuras típicas formadas por las rocas volcánicas se llaman volcanes o edificios volcánicos, y pueden adoptar formas muy diversas en función, sobre todo, de la viscosidad del magma. Cuando ésta es baja, el magma fluye de la cámara magmática a través de la chimenea, sale a la superficie por el cráter y se extiende formando coladas de lava (magma desgasificado), mientras que los volátiles que siempre hay en una cámara se liberan formando fuentes de lava. Pero cuando el magma es viscoso, las burbujas de volátiles lo fragmentan al escapar. Estos fragmentos, los piroclastos (bombas, lapilli, cenizas), son lanzados al aire por los volátiles, formando chorros que el viento dispersa. Por último, si la viscosidad es máxima (magmas ácidos) los volátiles apenas pueden escapar del magma, y muchas burbujas quedan atrapadas en éste -magma vesiculado-, hasta que las paredes de las burbujas se rompen, liberando los volátiles. Estos son tan abundantes que transportan en suspensión, a favor de las pendientes, los fragmentos de magma semisólido, como en un colchón de aire (nube ardiente o colada piroclástica). De acuerdo con lo anterior, surgen los siguientes cuatro tipos básicos de edificios volcánicos: - Escudo, formado sólo por coladas, generalmente basálticas. - Estratovolcán o volcán compuesto, formados por coladas y capas de piroclastos(unos y otros generalmente andesíticos) alternantes. - Cono de escorias (o de cínder), formado sólo por piroclastos básicos o intermedios. - Domo, formado por capas de magma ácido que no llegan a abandonar el conducto, creciendo sobre él y liberando ocasionalmente los volátiles en nubes ardientes. Un tipo especial de estructura volcánica es la caldera, de forma circular o elíptica, de 2 a 20 Km de diámetro, y formada en la mayoría de los casos por colapso del techo de una cámara magmática semivacía tras una erupción masiva, en general, de una nube ardiente. Algunas calderas(casi siempre de menos de 5 Km de diámetro) pueden formarse por explosión de la cumbre de un edificio volcánico. Los tipos de materiales (coladas de lava, piroclastos, coladas piroclásticas) que emite un aparato volcánico dependen sobre todo de la viscosidad del magma. A su vez, el proceso de emisión de cada material es diferente y se llama actividad volcánica. Una erupción volcánica se compone en general de periodos de actividad diferente, producidos en sólo unas pocas horas o bien a lo largo de años enteros. Aunque la forma tradicional de clasificar las erupciones volcánicas ha sido asignarles nombres geográficos, recientemente se usan índices que miden su explosividad. El más sencillo es la relación, en %, de piroclastos respecto al total de material emitido. Otro es el IEV (Indice de Explosividad Volcánica) que clasifica a las erupciones en nueve grupos (del 0 al 8), en función del volumen de material emitido, la altura de la columna eruptiva, la duración de la erupción y una estimación del material piroclástico lanzado a 4

5 la atmósfera. En la siguiente tabla se recogen los principales tipos de actividad de acuerdo con ambos criterios. A estos tipos podrían añadirse las erupciones freáticas ( Krakatoa, Tambora), que no son un tipo aparte sino que incluyen todas aquellas en las que entra agua en la cámara magmática; el vapor producido se añade a los gases propios del magma, determinando unas erupciones muy violentas. La actividad hawaiana tiene lugar bien a través de fisuras (Islandia) o por el cráter de un volcán en escudo (Kilauea, Mauna-Loa), y consta de fases de actividad intensa en las que se emiten fuentes de lava y otras tranquilas en las que se derraman coladas. En la actividad estromboliana (Stromboli), además de producirse coladas, el gas provoca la emisión aérea de piroclastos de gran tamaño en trayectorias balísticas. En la actividad vulcaniana (Vulcano, Vesubio) es típica la formación de grandes columnas eruptivas de cenizas, lo que indica que el magma es más viscoso y su fragmentación más intensa. Los tipos pliniano (o peleano) y ultrapliniano se producen cuando la vesiculación masiva del magma crea las condiciones para la formación de nubes ardientes. Sólo en el tipo ultrapliniano (más de 100 Km 3 de material emitido) se producen grandes coladas piroclásticas (nubes ardientes) y, en general, estas erupciones están relacionadas con calderas de colapso. En muchos casos estos tipos de actividad se suceden en el curso de una misma erupción, por lo que los ejemplos anteriormente mencionados, sólo lo son a título aproximado. Un caso muy típico es una erupción que comienza con actividad estromboliana (la cámara se desgasifica) y acaba con actividad hawaiana (fuentes de lava y emisión de coladas) (p.ej. Teneguía, La Palma, 1.971). Otras, como la del St. Helens (USA, 1.980) comenzaron siendo estrombolianas y acabaron como plinianas. Por eso es mejor no hablar de tipos de erupción sino de tipos de actividad. Tipos de Actividad Volcánica IEV % PIROCLASTOS DENOMINACIÓN MATERIALES EMITIDOS TIPO DE EDIFICIO Hawaiana Coladas Escudo o Fisural Estromboliana Piroclastos y Coladas Vulcaniana Piroclastos y Coladas Pliniana Coladas piroclásticas Ultrapliniana Coladas piroclásticas Estratovolcán Estratovolcán Cono de Escorias Domo Caldera 5

6 Distribución de las áreas volcánicas y su relación con la Tectónica de Placas Vulcanismo reciente en las islas Canarias y en áreas volcánicas de la Península Ibérica. VULCANISMO EN LAS ISLAS CANARIAS Las Islas Canarias son un conjunto de islas volcánicas del sector NE del Atlántico Central, separado por un estrecho brazo de mar del continente africano. El archipiélago cuenta con siete islas mayores (Tenerife, La Palma, La Gomera, El Hierro, Gran Canaria, Lanzarote y Fuerteventura) y seis islotes (La Graciosa, Alegranza, Montaña Clara, Lobos, Roque del Este y Roque del Oeste). Están orientadas en dirección E-O, situados entre 27º- 30º N y 13º-19º O, a sólo 100 km. de la costa del cabo Juby, del Sahara Occidental. Por su origen y evolución íntimamente relacionados con la apertura y expansión del Atlántico Sur y el margen noroccidental africano, el archipiélago canario no guarda ninguna relación con la evolución geológica de la Península Ibérica. Es un buen ejemplo de vulcanismo oceánico intraplaca de tipo alcalino. 6

7 Su ORIGEN es controvertido. Se trata de una construcción volcánica edificada a lo largo de una dilatada actividad con emisiones de diverso tipo. Se consideran dos hipótesis principales: Algunos autores favorecen la hipótesis de que su formación se debe a una pluma mantélica o punto caliente sobre el que se habría desplazado el margen africano. Otros lo atribuyen a la dinámica de apertura del Atlántico. Durante la orogenia alpina, esta dinámica provoca un acortamiento del margen africano (debido al freno en la velocidad de movimiento de la masa continental africana sin que cesara la apertura del Atlántico) que origina el levantamiento de bloques a través de fallas inversas que facilitan el ascenso de material astenosférico, la generación de magmas y la emisión por centros alineados según las directrices estructurales existentes, que son NE-SO y NO-SE. Sea cual sea su origen, el hecho es que son resultado de una situación geodinámica singular, que afecta desde hace 40 m.a. a la zona de transición entre la litosfera continental del margen africano y la litosfera oceánica del océano Atlántico. 7

8 VULCANISMO DEL CAMPO DE CALATRAVA La región volcánica del Campo de Calatrava constituye, junto con la de Olot, en Gerona, y la de Cabo de Gata, en Almería, una de las tres zonas de vulcanismo reciente más importantes de la Península Ibérica. Su actividad se desarrolló entre hace 1,75 y 8,7 millones de años, es decir, durante el Plioceno y el Cuaternario. Es, por tanto, una actividad bastante reciente, lo que ha permitido que los edificios volcánicos conserven en buena parte su morfología original, y sus productos se hayan preservado en buenas condiciones de observación hasta la actualidad. La región volcánica tiene una extensión total de unos km², e incluye unos 240 edificios volcánicos diferenciados. Algunas de las principales localidades que quedan incluidas dentro del área son Ciudad Real, Almagro, Daimiel y Bolaños. Los mecanismos eruptivos causantes de estas morfologías han sido fundamentalmente de dos tipos: Estromboliano e Hidromagmático. No existen edificios que puedan corresponder a erupciones de tipo Hawaiano, aunque sí hay coladas lávicas de cierto volumen emitidas por volcanes estrombolianos. EL VULCANISMO EN EL CABO DE GATA El macizo de Cabo de Gata es la parte emergida de una región volcánica de mayor amplitud que continúa bajo el mar de Alborán y aflora en el norte de África. Este vulcanismo de tipo calco-alcalino se formó durante la era Terciaria en cuatro periodos de emisión magmática, seguidos de una fase hidrotermal, datables entre y años aproximadamente. EL VULCANISMO EN OLOT El Parque Natural de la Zona Volcánica de la Garrotxa es uno de los espacios protegidos más singulares de Cataluña. Contiene unos cuarenta conos volcánicos de tipo estromboliano y freatomagmático, y más de veinte coladas de lavas basálticas con morfologías bien singulares. Vulcanismo extinguido pero no inactivo Áreas de riesgo volcánico en España. En la Península hay cuatro zonas sin riesgo volcánico: Olot (Gerona), Campo de Calatrava (Ciudad Real), Almería- Murcia e Islas Columbretes (Castellón). En las Islas Canarias, por el contrario, hay un riesgo volcánico real, acrecentado por el aumento de la densidad de la población. Se relaciona con fracturación en bloques de la plataforma continental de la placa africana y no con la actividad de un punto caliente. Se emiten fundamentalmente basaltos alcalinos (de carácter fluido y baja explosividad), por lo que el riesgo volcánico es bajo. En Tenerife los magmas son más viscosos y con más gases, lo que implica una mayor explosividad Planificación de los riesgos volcánicos. 8

9 PRODUCTOS VOLCÁNICOS GASESOSOS GASES: Vapor de H 2 O, CO 2, SO 2, H 2 S, N 2, Cl 2, H 2. Condicionan el tipo de erupción y la salida del resto de productos LÍQUIDOS LAVAS ÁCIDAS (Ricas en SiO 2, viscosas y explosivas) INTERMEDIAS BÁSICAS (Pobres en SiO 2, fluidas y efusivas) SÓLIDOS PIROCLASTOS: cenizas, lapilli, bloques, bombas (<2mm) (2-60mm) (angulosos) (redondeados) RIESGOS VOLCÁNICOS DIRECTOS GASES COLADAS DE LAVA PIROCLASTOS EXPLOSIONES INDIRECTOS Molestias respiratorias, intoxicaciones, asfixia. Destrozos en cultivos y vías de comunicación, incendios, arrasamiento de pueblos, inundaciones al taponar valles, Destrozos en cultivos, hundimiento de viviendas, daños en motores, enfriamiento del clima, Provocadas por la violenta salida de los gases. VEI = (piroclastos/total emisión) x 100 Consecuencias: emisión de gases, piroclastos, destrucción del edificio volcánico, de construcciones humanas, cultivos, comunicaciones, inundaciones, Riesgos de formación de NUBES ARDIENTES, DOMOS VOLCÁNICOS O PITONES, CALDERAS. LAHARES TSUNAMIS MOV. DE LADERAS Coladas de barro (fusión hielo, lluvias). Arrasamiento de poblaciones y cultivos bajo el lodo. Olas gigantes generadas por terremotos submarinos provocados por la erupción. Arrasan poblaciones, Desprendimientos o deslizamientos que pueden afectar a poblaciones, cultivos, comunicaciones, 9

10 PLANIFICACIÓN DE RIESGOS VOLCÁNICOS PREDICCCIÓN Conocimiento de la historia del volcán Instalación de observatorios PRECURSORES VOLCÁNICOS Frecuencia de las erupciones Intensidad de las erupciones Sismógrafos, Teodolitos, Inclinómetros, Voltímetros,Magnetómetros, Gravímetros, GPS Elaboración de mapas Peligrosidad Riesgo ÁREAS POTENCIALES DE ACTIVIDAD RELATIVA PREVENCIÓN Y CORRECCIÓN Medidas ESTRUCTURALES Desviar corrientes de lava. Realizar túneles de descarga. Reducir el nivel de embalses. Construcción de viviendas acondicionadas. Medidas NO ESTRUCTURALES PROTECCIÓN CIVIL Instalación de sistemas de alarma y alerta. Ordenación del territorio: - prohibición de construcciones. - restricciones de uso. Contratación de seguros. Evacuación 10

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