Estancia en Madeira
A mediados de diciembre de 1853 la expedición desembarcó en Funchal, procedente de Southampton; aunque la idea inicial era permanecer dos o tres semanas acabaron quedándose casi dos meses. Cuando Lyell y Bunbury acudieron a visitar al alcalde Antonio Azevedo, ingeniero encargado de las obras públicas y, por tanto, familiarizado con los terrenos de la isla, este los puso en contacto con Georg Hartung (1821-1891), un caballero alemán interesado por la geología que, enfermo de tuberculosis, se hallaba por tercer año consecutivo pasando el invierno en la isla; puesto que hablaba portugués Lyell estuvo encantado de poder agregarlo a la expedición.
Pontinha do funchal
El primer objetivo era encontrar valles excavados por ríos y que luego hubieran sido rellenados por coladas de lava y nuevamente reexcavados por el agua, como los que Murchison y Lyell habían encontrado en la Auvernia francesa. La primera zona de estudio fue el cabo Garajau, un promontorio de 400 pies de altura, cuyos pendientes estratos de lava confundieron a Lyell, que pensó que formaban parte de un anticlinal; la influencia de Élie de Beaumont le impidió imaginar que el cabo era parte de un cono volcánico y que la inclinación se debía en parte al levantamiento y en parte a los materiales de erupción. Pero sus excursiones por Madeira fueron derruyendo progresivamente la teoría de Beaumont acerca de que los estratos de lava compacta sólo podían formarse en terreno horizontal o de suave pendiente; sus recorridos por las zonas volcánicas canarias lo confirmarían posteriormente.
A Lyell lo desconcertaba encontrar estratos con todo tipo de buzamientos y el hecho de que aunque algunos eran superiores a los 20º la costa no presentaba signos de levantamiento: ni llanuras litorales, ni playas elevadas, ni hileras de acantilados tierra adentro. En Ponta da Cruz encontraron lechos de ceniza de hasta 26º de pendiente. En su cuaderno Lyell anotó que a partir de 8º los estratos contenían mucha escoria y lava vesicular. Con Azevedo y Hartung navegó en barca hasta Cabo Girao, un acantilado marítimo de 1900 pies de altura que mostraba la sección de un antiguo volcán. Observaron dos grupos de diques verticales, algunos de más de 1000 pies de largo, con estratos inclinados de lava y toba por ambos lados. Esa verticalidad implicaba que la escoria, el lapilli y la toba habían estado inclinados desde su origen, pues si su inclinación se debiera a causas mecánicas, los diques también estarían inclinados.
Mapa geológico de Madeira
La siguiente excursión fue a la Ribeira dos Socorridos, que desagua al Curral de Baixo, en el centro de Madeira, donde Lyell observó estratos continuos de lava basáltica que descendían suavemente desde el centro de la isla hacia el mar. Hartung le dijo que esa era una disposición general en toda la isla. A ojos de Lyell eso significaba que las erupciones de lava en la región central se habían vertido antes de las erupciones de los pequeños conos costeros; sin embargo, sus observaciones en Cabo Girao parecían indicar que las erupciones habían sido más o menos simultáneas. Un temporal de lluvia le permitió contemplar cómo los torrentes de agua y barro arrastraban grandes bloques de piedra, un pequeño ejemplo de la fuerza con que las corrientes de agua excavaban los valles. Lyell y Hartung pasaron tres días en Porto Santo, pequeña isla volcánica, donde estuvieron recogiendo fósiles. En la isleta de Baixo, al sur de Porto Santo, pudieron ver un arrecife de coral fósil sobre toba volcánica, clara evidencia del levantamiento de las antiguas rocas volcánicas submarinas.
En los días posteriores emprendieron una exhaustiva exploración de Madeira. Acompañados por el alcalde Azevedo cabalgaron desde Funchal hasta las laderas del Pico dos Bodes y desde allí cruzaron las cumbres hasta la vertiente norte. Desde las alturas pudieron contemplar a sus pies la profunda cavidad del Curral do Baixo y hacia lo lejos los picos más altos de la isla, el Ruivo, el Torres y el Arieiro, mientras que frente a ellos se alzaba el Pico Grande con sus gruesas coladas de lava. El agua había excavado amplios valles a ambos lados a través de los estratos de toba, en los que se veían solitarios roques enhiestos. Algunos estratos basálticos estaban casi horizontales y otros tenían fuertes pendientes, mientras que los de lapilli se hallaban aún más inclinados. A lo largo del recorrido pudieron constatar que la elevada parte central de Madeira presentaba numerosos puntos de erupción.
En San Vicente, en la costa norte, examinaron un lecho de caliza, a unos 1100 pies de altitud, que contenía conchas y corales fósiles del Cenozoico. Su altura demostraba que el norte de la isla había sufrido un fuerte levantamiento. Encontraron evidencias de que muchos conos volcánicos en la costa habían quedado enterrados cientos de pies bajo coladas de lava que fluyeron desde el centro de la isla. En cambio, los conos de la zona de Funchal eran visibles porque habían surgido una vez finalizada la actividad eruptiva de la zona central. En Boaventura y en San Jorge encontró lava compacta en pendientes superiores a 24º junto a otros estratos casi horizontales, lo que comenzó a generarle dudas a Lyell acerca de la habitual correlación que se establecía entre grandes pendientes y fenómenos de levantamiento.
En San Jorge encontraron un lecho de arcilla con abundantes hojas fósiles, en su mayoría de variados ejemplares de helechos, pero también con algunas de mirtos y laureles, todas ellas de especies aún existentes en la isla, lo que indicaba que los volcanes antiguos habían vertido sus lavas sobre masas forestales semejantes a las de la Madeira actual. El barranco de San Jorge probaba sin discusión que la isla no consistía en estratos de roca volcánica de erupciones submarinas posteriormente levantados.
Al término de esa excursión Lyell y Hartung dedicaron varios días a estudiar el Curral do Baixo, llegando a la conclusión de que no era una caldera, sino un valle excavado por la erosión fluvial. No encontraron ninguna prueba de sedimentación marina, de modo que la mayor parte de la masa de la isla tenía que haberse producido en forma de erupciones volcánicas subaéreas. Lyell consideraba que durante esa época el agua de lluvia había sido absorbida por las rocas volcánicas porosas y que una vez que la actividad eruptiva disminuyó esa agua acumulada empezó a fluir erosionando las capas de toba y lapilli.
Lyell no estaba seguro de la magnitud del papel que habría podido jugar el levantamiento en la formación de Madeira y en la inclinación de sus estratos, pero calculaba que sólo con la actividad volcánica la isla podría haber alcanzado una altura de unos cuatro mil quinientos pies sobre el nivel del mar. A sus ojos estaba claro que habían ocurrido varias fases de intensa actividad volcánica, separadas entre sí por largos períodos de tiempo, pero que de principio a fin los tipos de lava, toba y escoria habían sido los mismos.
