Perchè le Hawaii sono formate da vulcani nonostante la loro distanza da zone di subduzione e di dorsali?

Figura 1. Le isole Hawaii viste da un satellite.

Figura 2. L’isola di Hawaii la maggiore tra tutte e la più grande isola vulcanica della Terra dopo l’Islanda.

La presenza di oltre 10.000 vulcani sottomarini, attualmente quasi tutti spenti, sul fondo dell’oceano Pacifico, e quindi all’interno di una enorme placca, per lungo tempo non ha trovato una spiegazione. Sembrano in gran parte distribuiti in modo del tutto casuale sul fondo dell’oceano, ma alcuni formano chiare catene lineari, come alle Hawaii.

La loro presenza in regioni lontane dai margini delle zolle è stata spiegata solo recentemente.
Entro il mantello terrestre s’innalzano sottili colonne verticali (dette pennacchi o mantle plumes, in inglese) di magma particolarmente caldo, proveniente dal nucleo esterno fuso, che rimangono in posizione fissa mentre le zolle si spostano al di sopra di essi. Questi pennacchi generano “punti caldi” nella litosfera che li sormonta e, in corrispondenza di questi punti caldi, si verifica l’attività vulcanica. (figura 3, 4 e 6), in siti diversi allo spostarsi della zolla. (figure 3, 4 e 6).

In geologia, un punto caldo (hot spot) è un punto della superficie terrestre che ha mostrato attività vulcanica per un lungo periodo di tempo.
J.
Tuzo Wilson ebbe nel 1963 l’idea che le catene di isole vulcaniche come
le Hawaii fossero il risultato di un lento movimento di una placca
tettonica sopra un punto “fisso”, posto sotto la superficie del
pianeta. In origine si pensava che un punto caldo fosse causato dalla
risalita di uno stretta colonna di materiale del mantello a partire
dalla transizione tra mantello e nucleo terrestre. Oggi però l’evidenza
geologica mostra come la convezione degli strati superiori del mantello
ne sia la causa probabile. I geologi hanno identificato molti punti
caldi sul pianeta, i più attivi sono quelli delle Hawaii, dell’isola di Réunion, di Yellowstone (figura 9) e dell’Islanda.

I
Mantle plumes (o pennacchi caldi) sono un fenomeno geologico proposto
originariamente da W.Jason Morgan nel 1971. Vengono descritti come dei
zampilli o pennacchi caldi, di materia relativamente primordiale, che
risalgono dal profondo del mantello e che alimentano degli hot spots
(bolle di magma detti anche punti caldi), posti vicino alla superficie,
come in Islanda, alle isole Hawaii ed in altre catene insulari di
origine vulcanica.

Figura 3. Schema che illustra la formazione di un pennacchio di magma caldissimo che spinto dal forte calore e da enorme pressione va a formare un punto caldo il cui magma risale in superficie dove si verifica l’attività vulcanica.

Figura 4. Clicca sull’immagine per vedere l’animazione

Figura 5. Mappa che indica la posizione di alcuni dei punti caldi più importanti.
Un censimento dei punti caldi di tutto il mondo ne ha contati 120, considerando solo quelli attivi negli ultimi 10 milioni di anni.

Tutte le isole Hawaiiane sono di origine vulcanica e la loro formazione è spiegabile con l’ipotesi prevalente di un punto caldo nel mantello terrestre che causa l’attività vulcanica in superficie. Lo spostamento della zolla del Pacifico determina il fatto che le isole poste più a Nord-Ovest sono più antiche di quelle a Sud-Est (figure 6 e 7).

Figura 6.

Figura 7.

Le due immagini illustrano la progressiva formazione della catena insulare vulcanica delle Hawaii. La particolare caratteristica del punto caldo (hot spot) è quella di rimanere fisso mentre la litosfera superiore le scivola sopra. Appare evidente che le isole più lontane dal punto caldo sono le più vecchie mentre l’isola di Havaii è la più recente.

L’isola di Hawaii è la più recente, e comprende 5 vulcani principali, fra cui il più attivo è il Kilauea (a sud di Hilo), seguito dal Mauna Loa (nella metà sud dell’isola) e dal Hualalai (sopra Kailua/Kona). Gli altri due vulcani, il Mauna Kea e il Kohala non sono storicamente attivi. Il vulcano Haleakala è il vulcano principale di Maui (nella metà est dell’isola).

Figura 8. Bellissima immagine aerea di un hot spot nel Golfo del Maine vicino ad una località marina chiamata Platts Bank. Il Maine è uno stato situato nella zona nord-orientale degli USA, nella Nuova Inghilterra; si affaccia a sud all’Oceano Atlantico, confina a nord-est e a nord-ovest con il Canada e con il New Hampshire a sud-ovest.

Figura 9. Il punto caldo dello Yellowstone.

Nella figura 9 si può osservare un altro esempio di hot spot: il famoso punto caldo di Yellowstone (Nord America). La figura evidenzia la migrazione apparente del punto caldo mentre, in realtà, è la zolla nordamericana ad essersi spostata su di esso con deriva verso Sud-Ovest. Le precedenti posizioni della caldera sono indicate dalle macchie colorate.

Da sinistra verso destra: 16.5-15 milioni di anni fa (celeste), 15-13, 12-10.5, 10.5-8.6, 10-7, 6.5-4.3 (azzurro), 2.1 (bruno, parzialmente nascosto), 1.3 (rosso) e 0.63 milioni di anni fa (arancione). Come già detto il punto caldo è fermo sotto la placca nordamericana che si muove verso Sud-Ovest. I puntini arancione indicano i terremoti registrati dal 1961 al 2001.