miniaturadeimagen|Batimetría de la cadena de montes submarinos Hawái-Emperador, que muestra la larga cadena volcánica generada por el punto caliente de Hawái, que se extiende desde la isla de Hawái hasta la fosa de las Aleutianas. miniaturadeimagen|Diagrama que muestra la deriva de la corteza terrestre sobre el punto caliente.
El punto caliente de Hawái es un punto caliente que se encuentra en el norte del océano Pacífico, cerca del archipiélago de Hawái. La pluma del manto de Hawái, una de las zonas geológicas más conocidas y estudiadas del mundo, es responsable de la creación de la cadena de montes submarinos Hawái-Emperador, una cadena de volcanes con una extensión de más de 5800 km, de las cuales cuatro son activos, dos son inactivos, y más de 123 son extintos, entre ellos muchos que son fuertemente erosionados y sumergidos bajo las olas como monte submarino o atolón. La cadena se extiende desde el sur de la isla de Hawái hasta el borde de la fosa de las Aleutianas, cerca de la frontera oriental de Rusia.
Aunque la mayoría de los volcanes del mundo afloraron por la actividad geológica en los límites de las placas tectónicas, el punto caliente de Hawái se encuentra lejos de estos límites. La teoría clásica sobre los puntos calientes, expuesta por primera vez en 1963 por John Tuzo Wilson, propone que una sola pluma del manto produce volcanes que a continuación, separados de su fuente por el movimiento de la placa del Pacífico, se vuelven cada vez menos activos y finalmente erosionan debajo del nivel del mar tras un proceso que dura millones de años. De acuerdo con esta teoría, la curva —con un ángulo de aproximadamente 60°— que separa los segmentos de los montes Emperador de la cadena, de los de Hawái, se debe a un cambio repentino en el movimiento de la placa del Pacífico. Sin embargo, investigaciones recientes de esta irregularidad llevaron la propuesta de la teoría del punto caliente movible en 2003, la que sugiere que los puntos calientes son móviles en vez de fijos, y que la curva, que tiene una edad de 47 millones de años, fue causada por un cambio en el movimiento del punto caliente en vez del movimiento de la placa.
Los antiguos hawaianos fueron los primeros en reconocer el aumento de la edad y el estado degradado de los volcanes hacia el norte, a medida que avanzaban en sus expediciones de pesca a lo largo de las islas. El estado volátil de los volcanes de Hawái, personificados en Pele, la deidad de los volcanes, y su constante batalla con el mar era un elemento importante en la mitología hawaiana. Después de la llegada de los europeos en 1880-1881, James Dwight Dana dirigió el primer estudio geológico formal de las rocas volcánicas de la zona y confirmó la relación observada por los nativos. El año 1912 marcó la fundación del Observatorio Vulcanológico de Hawái por el vulcanólogo Thomas Jaggar, con la cual se inició la observación científica continua de las islas. En la década de 1970, se inició un proyecto de mapas para obtener más información acerca de la compleja geología del fondo marino de Hawái.
Teorías
Por lo general las placas tectónicas concentran la deformación y el vulcanismo en los límites de las placas. Sin embargo, el punto caliente de Hawái se encuentra a más de 3200 km del límite de placas más cercano. Al estudiar el fenómeno en 1963, el geofísico canadiense John Tuzo Wilson propuso la teoría del punto caliente para explicar estas zonas de vulcanismo tan lejos de las condiciones normales, una teoría que fue ampliamente aceptada.
Teoría del punto caliente estacionario de Wilson miniaturadeimagen|300px|Mapa con códigos de colores, de rojo a azul para indicar la edad de la corteza creada por la expansión del fondo oceánico. 2 indica la posición de la curva en la pista del punto caliente, y 3 indica la ubicación actual del punto caliente de Hawái. John Tuzo Wilson propuso la existencia de larga duración de pequeñas áreas de magma excepcionalmente calientes debajo de la superficie de la Tierra; estos focos de calor crean plumas del manto térmicamente activas, que a su vez sostienen la actividad volcánica a largo plazo. Este vulcanismo en «medio de la placa» genera picos que se elevan desde un fondo marino sin rasgos particulares, inicialmente como montes submarinos y más tarde como islas volcánicas. La tectónica de placas causa la lenta deriva de la placa tectónica local —en el caso del punto caliente de Hawái, la placa del Pacífico— sobre el punto caliente, llevando sus volcanes con ella sin afectar la pluma del manto. A lo largo de cientos de miles de años, el suministro de magma al volcán se reduce lentamente y finalmente se extingue. Sin actividad volcánica para contrarrestar la erosión, el volcán se hunde lentamente bajo las olas, para nuevamente convertirse en un monte submarino. A medida que continúa el ciclo, se manifiesta un nuevo centro volcánico, y surge una nueva isla volcánica. Este proceso continúa hasta el colapso de la pluma del manto.
Con este ciclo de crecimiento e inactividad se genera una serie de volcanes durante millones de años, dejando un rastro de islas volcánicas y montes submarinos en el fondo del océano. Según la teoría de Wilson, los volcanes hawaianos deben ser progresivamente más viejos y más erosionados cuanto más lejos están del punto caliente, lo que se puede comprobar con simple observación; la roca más antigua de las principales islas de Hawái es la de Kauai que tiene una edad de aproximadamente 5.5 millones de años y es fuertemente erosionado, mientras que la roca en la isla de Hawái es comparativamente joven con una edad de 700 mil años o menos, con constantes erupciones que añaden nuevas capas de lava en el Kilauea, el actual centro del punto caliente. Otra consecuencia de su teoría es que la longitud y la orientación de la cadena sirve como un registro de la dirección y velocidad del movimiento de la placa del Pacífico. Una de las principales características del recorrido de Hawái es una repentina curva de 60° en una sección con una edad de 40-50 millones de años, y de acuerdo con la teoría de Wilson, esto es evidencia de un cambio importante en la dirección de la placa, un cambio que habría resultado en subducción a lo largo de gran parte del límite occidental de la placa del Pacífico. Esta parte de la teoría ha sido cuestionada recientemente, y la curva podría atribuirse al movimiento del propio punto de caliente.
Los geofísicos creen que los puntos calientes se originan en uno de los dos principales límites ubicados en la profundidad de la tierra, ya sea en una interfaz somera en la parte inferior del manto entre una capa superior en convección y una capa inferior que no está en convección, o en una capa D'' ("D doble prima") más profunda, con una espesura de aproximadamente 200 km que se encuentra inmediatamente encima del límite núcleo-manto. Se iniciaría una pluma de manto en la interfaz si la capa inferior más caliente produce un calentamiento de una porción de la capa superior más fría. Esta porción calentada y menos viscosa de la capa superior se volverá menos densa debido a la expansión térmica, y subirá hacia la superficie como una inestabilidad Rayleigh-Taylor. Cuando la pluma del manto alcanza la base de la litosfera, la pluma la calienta y se produce masa fundida. Este magma luego sube hacia la superficie, donde erupciona como lava.
Los argumentos a favor de la validez de la teoría del punto caliente generalmente se centran en la evolución constante de la edad de las islas de Hawái y accidentes geográficos cercanos: la existencia de una curva similar en el recorrido del punto caliente de Macdonald, la cadena de montañas submarinas de las islas Marshall-Austral, ubicada directamente al sur; otros puntos calientes del Pacífico que siguen la misma tendencia de sureste a noroeste en posiciones relativas fijas, con la misma tendencia en progresión de edad; y estudios sismológicos de Hawái muestran un aumento de las temperaturas en el límite entre el núcleo y el manto, lo que indica la existencia de una pluma del manto.
Teoría del punto caliente superficial miniaturadeimagen|derecha|Diagrama seccionado de la estructura interna de la Tierra. Otra hipótesis mantiene que los puntos calientes nacen de la interacción tectónica somera entre la litosfera y astenosfera. El área alrededor de Hawái era muy diferente hace unos 70 hasta 100 millones de años debido a cambios en los límites de placas, y puede haber existido una dorsal mediooceánica (la dorsal Pacífico-Kula) que desapareció en el Terciario temprano, hace unos 65 millones de años. Después de que cambios en la dinámica de placas resultaron en la desaparición de la dorsal, en el área puede haber establecido un suministro continuo de magma, así formando un punto caliente autosostenible, posiblemente respaldado por procesos más profundos en el manto. Sin embargo, la tomografía sísmica rechaza esta hipótesis, ya que muestra que la pluma del manto bajo el punto caliente de Hawái se extiende hasta el límite núcleo-manto.
Teoría del punto caliente movible El elemento más cuestionado de la teoría de Wilson es la cuestión si los puntos calientes realmente son estacionarios en relación con las placas tectónicas superpuestas. Muestras de núcleo ya recogidas por los científicos en 1963, sugieren que el punto caliente pueda haberse desplazado en el tiempo, al ritmo relativamente rápido de unos 4 cm por año durante la era del Cretácico tardío y Paleógeno temprano (81-47 Ma); en comparación, la dorsal mesoatlántica se ensancha a una velocidad de 2.5 cm por año. En 1987, un estudio publicado por Peter Molnar y Joann Stock descubrió que el punto caliente se desplaza en relación con el océano Atlántico; sin embargo, lo interpretaron como el resultado de los movimientos relativos de las placas del Pacífico y Norteamericana en lugar del desplazamiento del propio punto caliente.
En 2001, el Ocean Drilling Program (actualmente fusionado con el Integrated Ocean Drilling Program), un esfuerzo internacional de investigación de los fondos marinos del mundo, financió una expedición de dos meses a bordo del buque de investigación JOIDES Resolución para recoger muestras de lava de cuatro montes submarinos sumergidos de la cadena del Emperador. La expedición realizó perforaciones en los montes submarinos de Detroit, Nintoku y Koko, que se encuentran todos en el extremo noroeste de la cadena, la parte más antigua. Estas muestras de lava, que fueron analizadas en 2003, sugirieron que el punto caliente de Hawái era móvil, y que la curva se debe a un cambio en el movimiento del propio punto caliente. El científico John Tarduno dijo a National Geographic:La curva de Hawái fue utilizada como un ejemplo clásico de como una placa grande puede rápidamente cambiar de movimiento. Uno puede encontrar un diagrama de la curva Hawái-Emperador en casi todos los libros de introducción a la geología que hay. Realmente es algo que llama la atención.
Sin embargo, a pesar de representar un cambio importante, la alteración de dirección no fue registrada en declinaciones magnéticas, ni en las orientaciones de zonas de fractura o reconstrucciones de placas; tampoco era factible que una colisión continental pudiera haberse producido lo suficientemente rápido como para ocasionar una curva tan pronunciada en la cadena. Para comprobar si la curva era el resultado de un cambio de dirección de la placa del Pacífico, los científicos analizaron la geoquímica de las muestras de lava para determinar dónde y cuándo se formaron. La edad se determinó por medio de la datación radiométrica de isótopos radiactivos de potasio y argón.