Mapa subterráneo de las tripas de Hawái, ¿cómo es un volcán por debajo?

Durante décadas, un misterioso enjambre de terremotos ha retumbado bajo la pequeña ciudad de Pahala, cerca de la costa sur de la isla de Hawái. En 2015, el ritmo de los temblores subterráneos había pasado de unos siete a 34 seísmos por semana. Y el año siguiente a la erupción del Kilauea en 2018 (la mayor que se ha producido en Hawái en siglos), los temblores alcanzaron un punto febril.

Casi 500 terremotos sacudieron debajo de Pahala cada semana, y la actividad intensificada no ha disminuido. "Somos como la central de terremotos aquí abajo", dice Lou Daniele, director general de Ka'u Coffee Mill en Pahala. "Se ha convertido en una parte constante de la vida cotidiana".

Ahora, los científicos han descubierto el origen de este alboroto geológico: una pila de elementos interconectados a entre 35 y 41 metros bajo tierra se está hinchando lentamente con roca fundida. A medida que el magma penetra en estas estructuras en forma de tortita (conocidas como sills) una cascada de terremotos retumba a lo largo de ellas. Estas raíces magmáticas pulsantes pueden incluso proporcionar un conducto que lleve roca fundida hacia el Kilauea y el Mauna Loa, dos de los volcanes más grandes y activos del mundo.

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"Estábamos flipando", dice John Wilding, investigador graduado del Instituto Tecnológico de California (Estados Unidos continental) y autor principal de un nuevo estudio que describe las características geológicas en Science. "Nadie había observado antes directamente actividad magmática a esta escala".

Los investigadores utilizaron algoritmos de aprendizaje automático para buscar terremotos en los datos sísmicos de la red de sensores del Observatorio Volcánico de Hawái, seleccionando temblores tan pequeños que los métodos anteriores pasaban por alto. El resultado es un retrato asombrosamente detallado del ardiente submundo hawaiano, que promete ayudar a los científicos a desentrañar los procesos geológicos que impulsan los volcanes de la isla.

"Este será probablemente el futuro de la ciencia volcánica", afirma Matt Burgess, antiguo analista sísmico de Hawái que ha estudiado los terremotos profundos que se producen bajo el Pahala.

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Misteriosos estruendos de las profundidades

El enjambre sísmico de Pahala lleva retumbando al menos desde 1970. Los seísmos se localizan en el manto, la capa de nuestro planeta situada entre la corteza y el núcleo, y la mayoría de ellos son demasiado pequeños y profundos para sacudir la superficie con mucha fuerza. En su lugar, los temblores se sienten más como un balanceo u oscilación del suelo. A veces, Daniele, de Ka'u Coffee, sólo se da cuenta de que algo va mal porque aparecen ondulaciones en la superficie de su café. Pero en los últimos años los temblores bajo Pahala se han vuelto implacables.

"La sismicidad no ha dejado de aumentar", afirma Ninfa Bennington, sismóloga del Observatorio Volcánico de Hawái del USGS, que ha seguido de cerca el reciente aumento de la actividad.

Se cree que el Pahala se asienta sobre la cabeza de una abrasadora columna de roca, denominada punto caliente, que construyó las islas hawaianas. A medida que la placa del Pacífico se desplaza sobre el punto caliente, nacen nuevos volcanes y, finalmente, nuevas islas. Los 15 volcanes de las islas hawaianas son los más jóvenes de una cadena de más de 129 que ha creado el punto caliente, la mayoría de los cuales han enmudecido y ahora están ocultos bajo las olas.

Estudios anteriores han identificado probables fuentes de roca fundida bajo el enjambre de terremotos y han sugerido que un pulso ascendente de magma podría estar impulsando los profundos traqueteos. Otros estudios han detallado las tuberías volcánicas poco profundas. Pero no se sabe exactamente cómo fluye la roca fundida desde las profundidades del manto.

"Esencialmente, nos falta esta gran pieza", afirma Bennington.

El enjambre de terremotos fue una oportunidad para observar más de cerca las ardientes entrañas de la isla. Aunque los terremotos pueden proceder de muchas fuentes, el magma o los fluidos que se desplazan por las grietas generan estruendos sísmicos reveladores. Y a medida que la roca fundida se desplaza, puede tensionar el suelo cercano, provocando grietas y desplazamientos que los científicos también pueden detectar en los datos sísmicos.

Al trazar todos estos seísmos en tres dimensiones (un poco como el puntillismo geológico), los científicos han esbozado una red de estructuras subterráneas por las que el magma puede fluir hacia la superficie, provocando erupciones volcánicas.

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Un tesoro sísmico

En medio del aumento de la actividad sísmica en Hawái, Wilding se unió al grupo de investigación del geofísico Zachary Ross en Caltech. Ross había estado desarrollando métodos de detección de terremotos mediante algoritmos de aprendizaje automático, capaces de detectar seísmos sorprendentemente pequeños y de ofrecer vistas asombrosas de la telaraña de zonas de fallas subterráneas.

El equipo aplicó estos métodos a 3,5 años de datos sísmicos hawaianos, registrados entre 2019 y 2022. El sistema identificó casi 200 000 terremotos del enjambre, iluminando las estructuras de umbrales apilados en el manto superior. El detalle extremo incluso permitió a los científicos rastrear el magma a medida que se filtraba en un umbral, desencadenando una cascada de terremotos.

Cuando Ross vio por primera vez el detalle de las estructuras geológicas en la pantalla de su ordenador, se quedó boquiabierto. "Dios mío, ¿qué estamos viendo aquí?", dice. "Es impactante".

Describe el complejo de sills como la "puerta de entrada al sistema", que proporciona un medio para transportar el magma horizontalmente fuera de la zona bajo Pahala. Estos rasgos subterráneos no contienen espacio vacío, sino que representan una zona débil en la roca donde el magma ha penetrado y se ha extendido como una lámina fundida. El complejo enlaza con una zona de fracturas que conduce a Kilauea, así como con un área que el equipo cree que está conectada con Mauna Loa.

Según Ross, es posible que la roca fundida siga más de una ruta hacia la superficie. Especula que las dolinas podrían incluso formar parte de una capa más amplia de estructuras bajo la isla que transportan magma a los distintos picos volcánicos.

El momento en que se produjeron los terremotos profundos es otro indicio de que las estructuras de los umbrales están conectadas con los volcanes de la superficie. El mismo día que el Kilauea entró en erupción en 2020, los umbrales retumbaron con temblores. Una erupción similar y un pico de terremotos profundos ocurrieron en 2021, y Wilding dice que estas erupciones pueden haber liberado presión en las tuberías magmáticas, atrayendo más roca fundida desde las profundidades.

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Autopistas de magma 

El último estudio abre nuevas ventanas a las ardientes profundidades de nuestro planeta, y entusiasma a los científicos sobre lo que podría venir después. "Me ha sorprendido la increíble riqueza del nuevo catálogo de terremotos que han desarrollado y la cantidad de detalles que muestra", afirma la vulcanóloga Diana Roman, de Carnegie Science, que no formó parte del equipo del estudio. "Quiero más".

Ella y otros investigadores están ansiosos por que el equipo amplíe el catálogo hasta 2015 o antes para obtener una visión aún más detallada del sistema y su serie de ataques ardientes. Un catálogo más extenso también podría ayudar a explicar el aumento de terremotos de 2019, que se produjo después de que la erupción del Kilauea del año anterior expulsara unos 200 000 millones de galones de lava (unos 757 000 millones de litros).

Roman señala que aún se desconoce si los volcanes cercanos aprovechan directamente el magma de los filones. Ella y Burgess publicaron el año pasado un estudio que sugiere una relación indirecta entre las erupciones y los enjambres de seísmos profundos. La inflación de los depósitos de magma en las profundidades de Pahala podría comprimir los canales cercanos de roca fundida que conducen a Mauna Loa y Kilauea, como si se apretara un tubo de pasta de dientes. O, según Roman, podrían estar en juego ambos procesos.

Este verano, Bennington y sus colegas planean desplegar una amplia red de sensores sísmicos por todo el Kilauea para completar el panorama subterráneo. Según Bennington, el nuevo estudio ha despertado en ella un interés especial por la búsqueda de indicios de magma en las vías propuestas para conectar las dolinas y los volcanes cercanos.

"Cada estudio aporta una nueva pieza al rompecabezas", afirma. "Aquí añaden algo realmente sorprendente".