Fundada en 1962

SOC

IEDA

D GEOLOGICA DE CH

ILE

la serena octubre 2015

194

Avances en la Caracterización Tefrocronológica de la Actividad Explosiva Post-Glacial del Volcán Melimoyu, Chile Carolina Geoffroy1*, Alvaro Amigo2,3 y Angelo Castruccio1,2 1Departamento de Geología, Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Plaza Ercilla 803, Santiago, Chile. 2Departamento de Geología y Centro de Excelencia en Geotermia de los Andes (FONDAP-CEGA), Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Chile, Plaza Ercilla 803, Santiago, Chile. 3Programa Riesgo Volcánico, Servicio Nacional de Geología y Minería (SERNAGEOMIN), Rudecindo Ortega 03850, Temuco, Chile. * email: caro.geoffroy@gmail.com Resumen. Este estudio se enmarca en las dos erupciones mayores conocidas del volcán Melimoyu (MEL1, MEL2), cuyo énfasis se ha puesto en los depósitos piroclásticos de caída, a través de la medición de espesores y del tamaño de piroclastos juveniles y líticos. Se obtuvo volúmenes que representan magnitudes de alrededor de 5, y alturas de columnas que indican intensidades de 7 para MEL1 y 6 para MEL2. Estos datos evidencian actividad pliniana para este volcán durante el Holoceno, con VEI=5 para MEL1 y VEI=4 para MEL2. Por otro lado, se reconocieron depósitos volcánicos primarios al oeste del volcán, lo cual implicaría un aumento del número de erupciones holocenas reconocidas para este volcán, aunque probablemente de magnitud menor a las ya conocidas. Palabras Claves: Holoceno, Tefrocronología, Magnitud

Eruptiva, Intensidad Eruptiva. 1 Introducción Las erupciones explosivas generan una amplia gama de productos, en particular, los depósitos de caída o tefra, las cuales permiten realizar deducciones de interés volcanológico. La caracterización y estudio de los depósitos piroclásticos de caída, revelan una serie de informaciones relevantes tanto de la erupción misma como del volcán donde ésta ocurrió, lo cual lleva a observar: 1) El levantamiento de un conjunto de mediciones de campo, como espesor y tamaños de partículas presente en los depósitos, el cual permite hacer inferencias sobre el tamaño y dispersión preferencial de la erupción. 2) A partir de esta información es posible establecer aproximaciones a parámetros como volumen emitido, intensidad eruptiva y altura de columna. La Zona Volcánica Sur (SVZ) es un segmento de arco volcánico continuo de 1400 km de largo que se genera por la subducción de la placa oceánica Nazca bajo la placa continental Sudamericana. Comprende alrededor de 60 centros volcánicos que han tenido actividad durante el Cuaternario tardío. El volcán Melimoyu se encuentra en el segmento sur de la ZVS. En esta región,

el registro eruptivo se acota al período post-glacial, dada la presencia substancial de hielo y nieve durante el Pleistoceno Superior. Recientemente se han realizado significativos avances en el registro explosivo de los volcanes Chaitén y Michinmahuida (Amigo et al., 2013; Watt et al., 2013) y del volcán Hudson (Weller et al., 2014). Sin embargo, los depósitos piroclásticos de erupciones derivadas de los volcanes situados en el área intermedia, comprendida entre los 42°S y 45°S (entre ellos, el volcán Melimoyu), continúan pobremente estudiados, siendo solo documentados en estudios tefroestratigráficos regionales de escasa profundidad con respecto a las características eruptivas (Naranjo y Stern 2004; Watt et al. 2013; Fontijn et al. 2014). El volcán Melimoyu (44.08° S, 72.88° W, 2400m) es un estratovolcán elongado cubierto por un amplio glaciar, con un cráter de 1 km en la cima. No existe registro de actividad histórica para este volcán. A lo largo de la Ruta 7 (Carretera Austral) y rutas aledañas se observan tefras correspondientes a depósitos de caída, evidenciando las dos erupciones explosivas del Holoceno tardío del volcán Melimoyu (MEL1, MEL2). Naranjo y Stern (2004), obtuvieron dos edades C14 independientemente entregando edades de <2,74 ka AP y <2,79 ka AP para la erupción mediana MEL1, que corresponde a una tefra dacítica que grada a tefra basáltica. La erupción MEL2 que habría ocurrido hace <1,75 ka AP, generó un depósito de volumen menor, con una composición andesítica. Los depósitos de estas dos erupciones se ubican hacia el este del volcán, sin embargo, no existen trabajos que den cuenta del registro eruptivo al oeste del volcán. El objetivo de este trabajo consiste en estudiar en mayor detalle las características eruptivas para las dos erupciones de las cuales existe registro (MEL1, MEL2). Por otro lado, también se pretende avanzar en el estudio del registro eruptivo, más allá de estas dos erupciones, involucrando el análisis de depósitos presentes en otras direcciones por medio de fotointerpretación y estudios de detalle en terreno.

195

AT 4 Impacto de las GeocIencIas en la socIedad

2 Metodología Para la determinación del alto de la columna e intensidad

eruptiva, se midieron en terreno piroclastos del tipo

pómez y los líticos de mayor diámetro. Para la

determinación del volumen asociado a las erupciones y

sus magnitudes, para los mismos puntos de muestreo, se

registró el espesor máximo de los depósitos. 2.1 Magnitud Para estimar volumen de los depósitos se utilizaron dos

metodologías que involucran la generación de isópacas:

El método propuesto por Fierstein y Nathenson (1992)

asume un decaimiento exponencial del espesor de los

depósitos, alejándose de la fuente de origen. Se obtiene

que el volumen, dada una recta es:

Donde T0 resulta de la extrapolación del espesor en A=0

y -k sería la pendiente de la recta. En los casos en que la

relación logaritmo natural del espesor versus A1/2

, sea

descrito de mejor manera como dos rectas, el volumen es:

Donde, -k1 y -k son las pendientes de cada recta y el área

Aip es el valor del punto donde se intersectan las dos

rectas.

Por otro lado, Bonadonna y Costa, (2012) asumen una

distribución Weibull entre el espesor y la raíz cuadrada de

las áreas de las isópacas. El cálculo de volumen está dado

por:

Donde θ, λ y n se determinan empíricamente.

2.2 Intensidad

Cuando la caída de tefra a partir de una columna eruptiva

se ve afectada por el viento, las isópletas (curvas de igual

tamaño de partículas) son deformadas indicando la

dirección predominante de éste. El downwind es la

distancia desde el centro eruptivo hasta el punto más

lejano de la isópleta, mientras el crosswind es la máxima

distancia perpendicular entre la isópleta y el eje del

downwind. Debido a que el ancho perpendicular al

crosswind de una isópleta depende principalmente del

alto de la columna, y el máximo downwind es función del

alto de la columna y de la velocidad del viento, Carey y

Sparks (1986) construyeron diagramas que permiten

discriminar entre los dos efectos basados en la geometría

de una isópleta dada.

Luego, para obtener la tasa eruptiva (Q) desde la altura

de la columna (HT), se considera que la relación entre

estos parámetros es (Sigurdsson et al., 1999):

3 Resultados Para este estudio se realizaron tres campañas de terreno

donde se muestrearon 25 puntos distribuidos entre la

Carretera Austral, y las ruta hacia Raúl Marín Balmaceda

y Lago Verde. Los resultados preliminares de este estudio

se muestran a continuación.

3.1 Erupciones MEL1 y MEL2 La erupción MEL1 se dividió en dos unidades para la

obtención de isópletas e isópacas, dada su característica

de gradación entre dos composiciones (dacítica a

basáltica), donde la unidad inferior es MEL1 (65% SiO2)

y la unidad superior es MEL1esc (50% SiO2) (Figura 1).

Los depósitos de MEL1 están formados por pómez de

color amarillo con inclusiones de líticos y escorias, que

presentan en general gradación inversa, con espesores

que superan los 130 cm a 30km del volcán. La

mineralogía observada consiste en cuarzo, hornblenda,

plagioclasa ± olivino. Los depósitos de MEL1esc están

formados por escorias gris oscuras, que presentan

gradación normal, con espesores de 20cm a 30km del

volcán. La mineralogía observada consiste en

plagioclasa, olivino, clinopiroxeno ± hornblenda. MEL2

es de composición andesítica (61% SiO2), con una

mineralogía de cuarzo, plagioclasa, hornblenda, además

de orto y clinopiroxeno. Los depósitos de esta erupción

consisten en pómez anaranjadas, sin gradación o con

gradación normal en algunos puntos, con espesores que

alcanzan los 50cm a 30km del volcán.

Figura1. Depósitos de caída

piroclástica asociados a las

erupciones Holocenas del

volcán Melimoyu en punto de

muestreo en la Carretera

Austral. De abajo hacia arriba

las unidades son. MEL1,

MEL1escorias, suelo, MEL2,

suelo actual.

196

ST 11 TERREMOTOS, VOLCANES Y OTROS PELIGROS GEOLÓGICOS

2 Metodología Para la determinación del alto de la columna e intensidad

eruptiva, se midieron en terreno piroclastos del tipo

pómez y los líticos de mayor diámetro. Para la

determinación del volumen asociado a las erupciones y

sus magnitudes, para los mismos puntos de muestreo, se

registró el espesor máximo de los depósitos. 2.1 Magnitud Para estimar volumen de los depósitos se utilizaron dos

metodologías que involucran la generación de isópacas:

El método propuesto por Fierstein y Nathenson (1992)

asume un decaimiento exponencial del espesor de los

depósitos, alejándose de la fuente de origen. Se obtiene

que el volumen, dada una recta es:

Donde T0 resulta de la extrapolación del espesor en A=0

y -k sería la pendiente de la recta. En los casos en que la

relación logaritmo natural del espesor versus A1/2

, sea

descrito de mejor manera como dos rectas, el volumen es:

Donde, -k1 y -k son las pendientes de cada recta y el área

Aip es el valor del punto donde se intersectan las dos

rectas.

Por otro lado, Bonadonna y Costa, (2012) asumen una

distribución Weibull entre el espesor y la raíz cuadrada de

las áreas de las isópacas. El cálculo de volumen está dado

por:

Donde θ, λ y n se determinan empíricamente.

2.2 Intensidad

Cuando la caída de tefra a partir de una columna eruptiva

se ve afectada por el viento, las isópletas (curvas de igual

tamaño de partículas) son deformadas indicando la

dirección predominante de éste. El downwind es la

distancia desde el centro eruptivo hasta el punto más

lejano de la isópleta, mientras el crosswind es la máxima

distancia perpendicular entre la isópleta y el eje del

downwind. Debido a que el ancho perpendicular al

crosswind de una isópleta depende principalmente del

alto de la columna, y el máximo downwind es función del

alto de la columna y de la velocidad del viento, Carey y

Sparks (1986) construyeron diagramas que permiten

discriminar entre los dos efectos basados en la geometría

de una isópleta dada.

Luego, para obtener la tasa eruptiva (Q) desde la altura

de la columna (HT), se considera que la relación entre

estos parámetros es (Sigurdsson et al., 1999):

3 Resultados Para este estudio se realizaron tres campañas de terreno

donde se muestrearon 25 puntos distribuidos entre la

Carretera Austral, y las ruta hacia Raúl Marín Balmaceda

y Lago Verde. Los resultados preliminares de este estudio

se muestran a continuación.

3.1 Erupciones MEL1 y MEL2 La erupción MEL1 se dividió en dos unidades para la

obtención de isópletas e isópacas, dada su característica

de gradación entre dos composiciones (dacítica a

basáltica), donde la unidad inferior es MEL1 (65% SiO2)

y la unidad superior es MEL1esc (50% SiO2) (Figura 1).

Los depósitos de MEL1 están formados por pómez de

color amarillo con inclusiones de líticos y escorias, que

presentan en general gradación inversa, con espesores

que superan los 130 cm a 30km del volcán. La

mineralogía observada consiste en cuarzo, hornblenda,

plagioclasa ± olivino. Los depósitos de MEL1esc están

formados por escorias gris oscuras, que presentan

gradación normal, con espesores de 20cm a 30km del

volcán. La mineralogía observada consiste en

plagioclasa, olivino, clinopiroxeno ± hornblenda. MEL2

es de composición andesítica (61% SiO2), con una

mineralogía de cuarzo, plagioclasa, hornblenda, además

de orto y clinopiroxeno. Los depósitos de esta erupción

consisten en pómez anaranjadas, sin gradación o con

gradación normal en algunos puntos, con espesores que

alcanzan los 50cm a 30km del volcán.

Figura1. Depósitos de caída

piroclástica asociados a las

erupciones Holocenas del

volcán Melimoyu en punto de

muestreo en la Carretera

Austral. De abajo hacia arriba

las unidades son. MEL1,

MEL1escorias, suelo, MEL2,

suelo actual.

Se trazaron al menos tres isópacas para cada unidad

(Figura 2) y según los dos métodos utilizados se

obtuvieron volúmenes similares para cada erupción

(Tabla 1), lo que considerando densidades alrededor de

800 kg/m3, las magnitudes de las erupciones

corresponden a 5,1 para MEL1 y 4,7 para MEL2.

Figura 2.Isópacas de 10cm de las unidades MEL1, MEL1esc y

MEL2. Los puntos magenta son los puntos de muestreo, la línea

punteada indica menor control de puntos. Coordenadas UTM,

WGS 1984, Zona 18S.

Tabla 1.Resultados de volumenes para las unidades MEL1,

MEL1esc y MEL2, según los métodos de una recta y de dos

rectas de Fierstein y Nathenson (1992) y el método de

Bonadonna y Costa (2012). Los volumenes están en km3.

Volumen (km3)

MEL1 MEL1esc MEL2 Método

1,2 0,4 0,6

Fierstein y

Nathenson

(1992),

utilizando

una recta.

1,1 0,4 0,6

Fierstein y

Nathenson

(1992),

utilizando

dos rectas.

1 0,5 0,6

Bonadonna

y Costa

(2012)

Por otro lado, para la realización de las isópletas, primero

se estimaron las densidades de los juveniles mayores

obteniendo aproximadamente 500 kg/m3 para los

piroclásticos tipo pómez de las unidades MEL1 y MEL2

y 1500 kg/m3

para las escorias de la unidad MEL1esc.

Según esto, los datos permitieron generar al menos dos

isópletas para juveniles mayores y líticos mayores para

MEL1 y MEL1esc, sin embargo, solamente una isópleta

para líticos mayores de MEL2 (Figura 3). Según esto, y

utilizando el método de Carey y Sparks (1986), se

obtuvieron alturas de columna entre 19 y 38 km (Tabla 2)

y velocidades de viento mayores a 30 m/s.

Figura 3.Isópletas de líticos mayores de 8mm de las unidades

MEL1, MEL1esc y MEL2. Los puntos magenta son los puntos

de muestreo, la línea punteada indica menor control de puntos.

Coordenadas UTM.

Considerando las alturas obtenidas, para la erupción

MEL1, las tasas eruptivas habrían variado entre

aproximadamente 4,3x104 kg/s (unidad MEL1) y 5,3x10

4

kg/s (unidad MEL1esc) y para la erupción MEL2 habría

sido de 1,2x104 kg/s. Según esto, la erupción MEL2

habría sido de intensidad 8 y la erupción MEL2 de

intensidad 7.

Tabla 2.Resultados de las alturas de la columna eruptiva para

las unidades MEL1, MEL1esc y MEL2, según los diagramas de

Carey y Sparks (1986). Las alturas están en km.

Alto columna (km)

MEL1 MEL1esc MEL2 Isópletas 26 28 19 LM

27 28 - PM

3.2 Actividad Eruptiva Holocena de Melimoyu Es esperable que la actividad eruptiva holocena del

volcán sea mayor a las erupciones conocidas, dado el

escaso registro cronológico disponible hacia el este del

volcán (últimos 2,7 ka). En particular, Stern et al. (2015),

indica la presencia de dos erupciones en el Holoceno de

<4,6-4,8 ka AP y <8,3 ka AP. Durante una campaña de

terreno realizada al sector oeste del volcán, se

identificaron depósitos volcánicos probablemente

asociados a caída de material fino. Resultados de química

de roca total y edades radiométricas en suelos bajo los

depósitos permitirán establecer si corresponden a nuevos

197

AT 4 Impacto de las GeocIencIas en la socIedad

eventos eruptivos. 4 Discusiones La densificación de puntos en terreno, permitió mejorar la precisión de la estimación de parámetros volcanológicos, sin embargo, resulta necesario extender los puntos hacia el este, considerando que en trabajos anteriores (Naranjo y Stern, 2004) se confirmó la presencia de MEL1 en territorio argentino. Las isópacas para las dos erupciones, dan como resultado volúmenes consistentes con los dos métodos utilizados. No obstante, es interesante poder comparar con algún método que no necesite la generación de isópacas sino que utilice los datos mismos, para evitar las subjetividades del trazado de las curvas, como el método de Burden et al. (2013). Esto último, es aún más importante para las isópletas, donde a pesar de tener varias mediciones de juveniles y líticos, no siempre se pueden usar estos datos para los diagramas de Carey y Sparks, (1986); como ocurrió para las pómez mayores en la unidad MEL2. Con todo, los depósitos indican que las erupciones MEL1 y MEL2 habrían sido erupciones del tipo Plinianas, con dispersión hacia el E principalmente, y con índices de explosividad (Newhall y Self, 1982) de VEI=5 y VEI=4 respectivamente. Estos valores son concordantes con los obtenidos por Naranjo y Stern (2004), donde señala que en el segmento sur de la ZVS se han registrado al menos siete erupciones con VEI= 3-5. En el caso particular del volcán Melimoyu, son varios los poblados que podrían ser afectados ante una eventual erupción futura, por ejemplo La Junta, Lago Verde, Puyuhuapi, entre otros. Los resultados que se obtengan de los estudios al oeste del volcán Melimoyu podrán ahondar más profundamente en la actividad holocena de este volcán. Agradecimientos Esta contribución se enmarca dentro del proyecto Fondecyt #11130671, titulado “The influence of unloading of ice and glacial advance/retreats on explosive volcanism in Northern Patagonia”. Se agradece al Centro Fondap-CEGA por el apoyo a esta investigación y a CONICYT por la Beca de Magister Nacional. Referencias

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Naranjo, J.A., and Stern, C.R., 2004, Holocene tephrochronology of the southernmost part (42°30’-45°S) of the Andean Southern Volcanic Zone: Revista Geológica de Chile, v. 31, no. 2, p. 225–240.

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