Monterey Bay Aquarium Research Institute


Los volcanes y los montes submarinos
Diario de campaña
DÍa 9: La potencia de los procesos
Abril 29, 2012

El ROV tuvo una falla en el sistema hidráulico así que el Rock Crusher tuvo la oportunidad de trabajar. El día no estaba muy caliente y me sentía un poco reflexiva.

Hemos estado mapeando y colectando imágenes y muestras de los flujos de lava del fondo marino con el fin de entender lo más posible sobre la forma en que se dieron las erupciones aquí en la cordillera Alarcón. Tratamos de sacarle la mayor información posible a las rocas y nuestro trabajo es muy similar al que realizan los médicos forenses. Tal vez hayan escuchado que en la bitácora se han escrito cosas acerca de la composición química de las lavas, formas eruptivas y patrones de fractura.

Sin embargo también hemos disfrutado de la belleza del paisaje y de la maravilla y del poder de los procesos que lo generaron. Durante el nacimiento del nuevo piso oceánico la lava cubre la superficie con grandes derrames y lentos pulsos de lavas en almohadillas que se congelan en el tiempo y son un testimonio de la violencia con que nacieron. La temperatura residual hace que se muevan fluidos de agua que resultan en la formación de espectaculares chimeneas hidrotermales y alimentan bacterias y animales y son lo suficientemente calientes como para dejar casi carbonizada la base de madera que fue utilizada para colocar el sensor de temperatura en el ROV.

Eventualmente la temperatura de la lava disminuye al igual que el flujo de agua caliente y las chimeneas se desmoronan. En algunas ocasiones nuevos eventos eruptivos hacen desaparecer cualquier evidencia de la existencia de estas chimeneas y sus habitantes o bien son sepultadas por el sedimento que cae a través de la columna de agua. Pasados los años estas formas desaparecen. La corteza se enfría y se hunde a medida que es transportada cada vez más lejos de la cresta de la cordillera y la única evidencia que se tiene de que alguna vez se encontraba en el eje de la cordillera es su anomalía magnética.

La vida de la lava fundida es muy corta. Las formas que quedan cuando se enfría la lava duran un poco más pero considerando el tiempo geológico también su existencia es efímera. La escala de tiempo del ser humano se intercepta justo aquí en la cordillera.

sheet flows
Canales de Flujo. Izquierda: Los derrames de lava alineados fueron las “super careteras” de una erupción, donde un torrente de lava fluía de la ventila eruptiva. Derecha: Algunos pilares de lava soportan un arco, que fue parte de la superficie del derrame de lava antes de que el interior del derrame fluyera y dejara una cavidad que eventualmente colapso. Los pilares continúan en este lugar a pesar de la actividad tectónica del lugar.
pillows
Lavas en almohadilla. Izquierda: Lava en almohadililas alargadas en la pendiente de un cono compuesto de puras lavas en almohadillas. Derecha: Una lava en almohadilla con una forma de bulbo que colapsó generando algo similar a un adorno de jardín donde se bañan los pájaro (parte frontal).
pillows
Y más lavas en almohadilla. Izquierda: Una lava en almohadilla que se rompió dejando salir su contenido para formar otra lava en almohadilla. Derecha: Una esquina rota de una lava en almohadilla sirve como casa para algunos hidroides.
chimneys
Chimeneas hidrotermales. Izquierda: Gusanos tubícolas Riftia, cada uno de ellos de aproximadamente medio metro de largo, viven en el agua tibia rica de sulfuros que emana de esta chimenea. Algunos metros arriba donde el agua alcanza en promedio los 300oC los minerales se precipitan formando una especie de humo negro (fumarolas negras). Derecha: Una vez que el sistema hidrotermal muere también lo hacen los organismos que viven en estos sistemas. Esta chimenea inactiva sirve ahora como sustrato para algunas esponjas.
aftermath
Un Viejo flujo de lava muy fracturado. Derecha: Tres episodios de eventos volcánicos: Una pared vertical de lavas en almohadilla cortadas en el escarpe que son rodeadas con lava que escurrió en un segundo evento y finalmente la presencia de lavas en almohadilla alargadas sobre este último flujo que nos representan el tercer evento.

—Jenny Paduan

La última vez platiqué sobre edad relativa y las relaciones estructurales que hemos visto entre las fracturas y los flujos de lava. El día de hoy el viaje del ROV continuó a lo largo de la cordillera Alarcón y me llamó la atención la distribución de fallas y fracturas que corren sub-paralelas al eje de la cordillera. No puedo dejar de pensar sobre el hecho de que estas características importantes del fondo marino son muy importantes, no solamente porque son un componente geomorfológico muy intricado en este hermoso paisaje submarino, sino porque también estas estructuras son una respuesta a la deformación que se presenta en esta región debido a la interacción entre las placas tectónicas del Pacífico y Norte América que están separándose y deslizándose en diferentes direcciones.

tectonic map
Mapa tectónico regional donde se observa la dirección en la que se están moviendo las placas del Pacífico y Norte América además de la geometría del sistema de fallas a lo largo del eje del Golfo de California. Observe que a medida que se forma nuevo piso oceánico de manera paralela a los centros de dispersión, las fallas transformes compensan el componente lateral del esfuerzo asociado a de la dirección del movimiento de las placas.

De manera general, las fracturas localizadas en la parte norte del eje de la cordillera Alarcón se encuentran principalmente sobre la placa Pacífico mientras que las fracturas en la parte norte se encuentran principalmente en la placa de Norte América! Por lo tanto, en un amplio sentido, podemos decir que las fracturas submarinas que estamos observando en esta expedición pueden ser vistas como una pequeña parte de una frontera tectónica más amplia entre dos grandes placas tectónicas.

southern gulf map
Mapa tectónico simplificado y relieve batimétrico de la porción sur del Golfo de California. En el mapa se observa de manera general la geometría del centro de dispersión Alarcón y las fallas transformes adyacentes (mostradas en color rojo).Durante nuestras inmersiones exploramos conos volcánicos y fracturas ubicados en los costados NW y SE de la cordillera, correspondiendo respectivamente a las placas Pacífico y Norte América. Los colores menos cálidos como el naranja representan menores profundidades mientras que los colores azules representan mayores profundidades.

Por definición las fallas y fracturas son estructuras capaces de generar sismos. Para conocer la magnitud y la ubicación de los epicentros que se han presentado a lo largo de la cordillera Alarcón, el lector puede acudir a la siguiente página del Monitor Sísmico IRIS. En general, es ampliamente aceptado que los sismos que se presentan en las cordilleras meso-oceánicas, como es el caso de la cordillera Alarcón, son relativamente pequeños (M<4.9) cuando se comparan con los sismos medianos (5< M <7.9) y grandes (>8) que se pueden presentar en zonas de subducción y fallas de deslizamiento vertical. Sin embargo, dada la edad relativamente joven de las redes sísmicas que existen en el mundo y el hecho de que las cordilleras meso-oceánicas se encuentra principalmente ubicadas en zonas donde hay muy poca población o zonas despobladas hace preguntarme si no cabe la posibilidad de que estemos subestimando la magnitud y el daño potencial que se puede generar en estas fronteras. Tal vez el ejemplo más reciente de como podemos subestimar la magnitud de un sismo, con relación al tipo de falla que lo puede producir sería el terremoto de Abril 11 del 2012 que tuvo una magnitud de 8 en la escala de Richter en Sumatra asociado a una falla con deslizamiento vertical.

La información generada por la expedición MBARI del 2012 al Golfo de California va a proporcionar a un sinnúmero de científicos valiosa información sobre los procesos biológicos, tectónicos y geológicos que se llevan a cabo en una región remota de la cordillera Alarcón. El mapeo realizado por el AUV también proporcionará información muy importante para determinar la geometría y dimensiones de los diferentes rasgos observados en la misma cordillera. Además esta información brindará una nueva visión sobre la historia volcánica, el comportamiento estructural de esta cordillera meso-oceánica y la magnitud de los eventos formadores de escarpes.

Mientras tanto sigo emocionado de poder observar en tiempo real, durante las inmersiones del ROV, la espectacular geomorfología, vasta biología e increíbles rasgos tectónicos y volcánicos que tiene la cordillera Alarcón

truncated pillow
Foto donde se observa las increibles formas que se presentan en un escarpe de falla. Observamos en el escarpe la cara de una lava en almohadilla cortada (centro de la imagen) con sus fracturas radiales características lo que le da una forma parecida a una rueda de carreta. Observe también la menor pendiente en el talud que se observa en la base del escarpe (parte inferior derecha).

—Ronald Spelz

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Volcanoes & Seamounts
 Equipment

R/V Western Flyer

The R/V Western Flyer is a small water-plane area twin hull (SWATH) oceanographic research vessel measuring 35.6 meters long and 16.2 meters wide. It was designed and constructed for MBARI to serve as the support vessel for ROV operations. Her missions include the Monterey Bay as well as extended cruises to Hawaii, Gulf of California and the Pacific Northwest.

ROV Doc Ricketts

ROV Doc Ricketts is MBARI's next generation ROV. The system breaks new ground in providing an integrated unmanned submersible research platform, with many powerful features providing efficient, reliable and precise sampling and data collection in a wide range of missions.

Push cores

A push-core looks like a clear plastic tube with a rubber handle on one end. Just as its name implies, the push core is pushed down into loose sediment using the ROV's manipulator arm. As the sediment fills up the core, water exits out the top through one-way valves. When the core is pulled up again, these valves close, which (most of the time) keeps the sediment from sliding out of the core tube. When we bring these cores back to the surface, we typically look for living animals and organic material in the sediments.

Niskin bottles

Niskin bottles are used to collect water samples as well as the tiny bacteria and plankton in that volume. The caps at both ends are open until the bottles are tripped, when the caps snap closed.


Biobox

The box fits in a partition in the sample drawer. It is shown open, with an animal being placed into it by the ROV's manipulator. When the lid is closed, the box will hold water to protect the animals inside.


Rock crusher

This device is used to collect volcanic glass fragments from the surface of a flow. It is made of about 450kg of lead and steel and is launched over the stern of the ship on a wire. Fragments of rock that break off of the lava flow on impact are trapped in wax-tipped cones mounted around the crusher. The wax is melted in the lab to liberate the rock particles for analysis.

Benthic toolsled

The benthic toolsled is attached to the bottom of the ROV for our geology dives. Its components are the manipulator arm and the sample drawer. The sample drawer is shown open on deck, full of rocks. Normally it is closed when the vehicle is operating and is opened only when a sample needs to be stowed. Partitions in the drawer help us keep the rocks in order. The rocks often look alike, but the conditions and chemistries of the eruptions are different so it is important that we know where each came from.

Glass suction sampler

This equipment is used to vacuum glass particles and larval animals from cracks and crevices. The carousel of small plastic jars fitted with wire mesh will be mounted in the benthic toolsled. The hose will be held by the ROV's manipulator and a suction will be drawn by the pump.

Sediment scoops

Canvas bags on a T-handle for collecting gravel or other materials that fall out of a push-core.


Temperature probe

Held by the ROV's manipulator, the wire on the right is placed into the fluid emitted from a hydrothermal vent to record the temperature.


Vibracores

Vibracoring is a common technique used to obtain samples from water-saturated sediment. These corers work by attaching a motor that induces high frequency vibrations in the core liner that in turn liquefies the sediment directly around the core cutter, enabling it to pass through the sediment with little resistance.


 Crew

R/V Western Flyer

Ian Young
Master


 

George Gunther
First Mate


 

Matt Noyes
Chief Engineer


 

Andrew McKee
Second Mate


 

Lance Wardle
First Engineer


 

Shaun Summer
Relief First Engineer


 

Olin Jordan
Oiler


 

Craig Heihn
Relief Deckhand


 

Jason Jordan
Relief Deckhand


 

Dan Chamberlain
Electronics Officer


 

Patrick Mitts
Steward


 

ROV Doc Ricketts

Knute Brekke
Chief ROV Pilot


 

Mark Talkovic
Senior ROV Pilot


 

Randy Prickett
Senior ROV Pilot


 

Bryan Schaefer
ROV Pilot/Technician


 

Eric Martin
ROV Pilot/Technician


 

 Research Team

Dave Clague
Chief Scientist
MBARI

Dave's research interests are nearly all related to the formation and degradation of oceanic volcanoes, particularly Hawaiian volcanoes, mid-ocean ridges, and isolated seamounts. Topics of interest include: compositions of mantle sources for basaltic magmas and conditions of melting; volatile and rare-gas components in basaltic magmas and their degassing history; chronostratigraphic studies of eruption sequence and evolution of lava chemistry during volcano growth; subsidence of ocean volcanoes and its related crustal flexure, plate deformation, and magmatic activity; geologic setting of hydrothermal activity; origin of isolated seamounts; and monitoring of magmatic, tectonic, and hydrothermal activity at submarine and subaerial volcanoes.

Jenny Paduan
Research Specialist
MBARI

Jenny works with Dave Clague in the submarine volcanism project, processing the high-resolution MBARI mapping AUV data and interpreting the maps using ROV observations and samples from our research sites. On this cruise, she will stand watches in the ROV control room, help with rock and sediment sample workup and curation once the vehicle is on deck, and coordinate these cruise logs. She is now quite solidly a marine geologist, but her degrees are in biochemistry (Smith College) and biological oceanography (Oregon State University). She is thankful for the opportunities that have led her to study volcanoes, and loves being involved with the research and going to sea. She looks forward to discovering more about how Earth works.

Lonny Lundsten
Senior Research Technician
MBARI

On this cruise, Lonny will be in charge of biological sample collection and processing and video data management. This work entails identifying unique biological and geological features that will be seen during the dive, while using MBARI-designed software to log the observations. He is especially excited about this expedition, because no one has surveyed this particular seamount before, and he expects to find many new species on this cruise.

Julie Martin
Senior Research Technician
MBARI

Julie works with the submarine volcanism group, where she currently produces high resolution maps of the seafloor that are used to identify geologic features along submarine ridges and seamounts. Her research interests also include modeling of volcanic ash from sub-aerial, large-scale explosive eruptions.

Ryan Portner
Postdoctoral Fellow
MBARI

Ryan's work with the submarine volcanism project primarily focuses on the formation and distribution of volcaniclastic deposits on active and extinct seamounts and mid-ocean ridges. By categorizing the diversity in these deposits with respect to volcanic landforms he hopes to better understand the underlying controls on explosive vs. non-explosive deep marine eruptions. His background research on deep-marine gravity flow deposits preserved in sedimentary-volcanic successions exposed on land lends a comparable platform to study similar deposits of the modern oceans.

Julie Bowles
Collaborator

Julie is a Research Associate and Staff Scientist with the Institute for Rock Magnetism at the University of Minnesota. As a paleomagnetist, Julie studies variations in Earth's magnetic field and how those variations get recorded in rocks and sediments. One of Julie's particular interests involves using paleofield variations recorded in mid-ocean ridge lava flows to place age constraints on the flows. On this expedition, Julie is interested both in using this technique to try to date some of the young lava flows and in gaining a better understanding of how the Earth's field has varied in this particular location.

Paterno Castillo
Collaborator

Pat is a Professor of Geology at the Scripps Institution of Oceanography, University of California, San Diego. His research interests include petrology and geochemistry of magmas produced within and along divergent and convergent boundaries of tectonic plates, magmatic and tectonic evolution of continental margins and mantle geodynamics. On this expedition, Pat is interested in the petrologic and tectonic evolution of the newly formed oceanic basement in the Gulf of California.

Brian Dreyer
Isotope Geologist
UC Santa Cruz
Institute of Marine Sciences

Brian studies the recent magmagenesis and petrology of the Juan de Fuca Ridge. His interest in mid-ocean ridges began during his postdoctoral fellowship with MBARI's submarine volcanism project; there, he utilized uranium-series disequilibria within individual lavas of Axial Seamount to clarify eruption and petrogenetic timescales. At mid-ocean ridge systems globally, Brian is interested in a) how variability in lava morphology, geochemistry, and petrology reflect deeper mantle-melting and magmatic processes and their complex interplay with tectonism and b) improving the chronological framework of the ridge magmatic plumbing systems. Brian received his Ph.D. in Earth and Planetary Science from Washington University in St. Louis in 2007.

Rigoberto Guardado
Collaborator
Universidad Autónoma de Baja California

Rigoberto Guardado is a teacher and research scientist with the Facultad de Ciencias Marinas (Marine Sciences Faculty) at the University of Baja California in Mexico. As a oceanographer, Rigoberto studies sedimentation processes in the ocean. On this expedition, Rigoberto is interested in learning more about the sediments in this area of the Gulf of California.

Ronald Michael Spelz Madero
Collaborator
CICESE

Ronald Spelz earned his Ph.D. in earth sciences from Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) in 2008. His research interests are mainly focused in the structural geology and tectonic geomorphology of fault bounded basins and mountain range-fronts in northern Baja California. He is also part of the multidisciplinary research team studying the origin and effects of the El Mayor-Cucapah 7.2 magnitude earthquake which struck northern Baja in April 4, 2010. Ronald presently works in the Marine Sciences Faculty at the Universidad Autónoma de Baja California.

Hiram Rivera
Collaborator
Universidad Autónoma de Baja California

Hiram Rivera is part of the Coastal Management group and teacher in the Faculty of Marine Science at Universidad Autónoma de Baja California. Since 2008 he has worked as a technician with geographic information systems (GIS) applied to fisheries resource management. From 2010 to now he has worked with his students in public participation geographic information systems (PPGIS) 3D models applied to the use of GIS to broaden public involvement in policymaking. His interest for this cruise is to learn about the techniques associated with digital cartography of the Gulf of California.



Last updated: May. 01, 2012