Post-Congress Field trip*, Arequipa, 5

Post-Congress Field trip*, Arequipa, 5

Post-Congress Field trip*, Arequipa, 5-7 Octubre del 2008
por J.-C. Thouret1 *
1
Département de géologie, LMV Laboratoire Magmas et Volcans, UMR 6524 CNRS, OPGC
et IRD, Université Blaise Pascal, Clermont II, Francia (thouret opgc.univ-bpclermont.fr)
* Vease el curso anexado : “evolución de los magmas de sistemas de arcos” por G. Wörner.
La excursión que seguirá el congreso se iniciará con una fase teórica que incluye la discusión de
documentos que se brindarán en Arequipa, donde se darán a conocer los rasgos geológicos del volcán
El Misti y de la cuenca de Arequipa donde tendrá lugar el cartografiado. Los documentos más
detallados sobre los sitios y las columnas estratigráficas que visitaremos serán distribuídos durante el
curso. El itinerario de visita de las columnas estratigráficas es el siguiente con números indicados en la
Figura 3: Cayma (n°1 y 2), cañón del Río Chili (entrada al “santuario” n°3, represas de “Charcani 3”
n°4 y “Charcani 5” n°6), carretera desde “Charcani 5” hasta Cayma (n°6, 7 y 8) ; Arequipa, Qda.
Pastores (n°9 y 10) y Qda. San Lázaro (n°11) ; Arequipa ENE, Qda. Huarangal aguas abajo (n°12) y
aguas arriba (n°12) ; Arequipa - carretera a Chiguata (n°13), Qda. Honda y Qda. Grande (n°14, 15 y
16), carretera a Salinas (n°17) y pueblo de Chiguata (n°18).
El volcán El Misti (5820 m, 16°16’S y 71°22’W) es uno de los siete volcanes activos del Sur
del Perú que pertenecen a la zona volcánica de los Andes centrales. Está ubicado sobre el flanco de la
Cordillera occidental al NE de la cuenca tectónica de Arequipa y dentro de un grupo de volcanes más
antiguos: el complejo de edificios del Nevado Chachani al NO y del Pichu Pichu al E (Figs. 1 y 2 en
base a imágenes Landsat). Al volcán Misti lo cruza un conjunto de fallas regionales NO-SE y NE-SW
(Fig. 2). La falla regional NO-SE parece activa puesto que desplaza tefras recientes a lo largo de la
carretera a Aguada Blanca y Chivay. Junto con el cabalgamiento del flanco inclinado de la Cordillera
Occidental las fallas NO-SE juegan un papel en relación a la inestabilidad potencial del volcán.
Figura 1 (Finízola et al., 2003; Thouret et al., 2001)
Figura 2 (Thouret et al., 2001)
Edificios, estructuras y estratigrafía
La Figura 3 muestra el contexto geológico del volcán y de sus alrededores, especialmente su
piedemonte volcaniclástico hasta la ciudad de Arequipa (en base a una imagen SPOT4 del 1991). Los
números gruesos indican los sitios que visitaremos durante el curso. Los cuadrángulos con números y
asterisco señalan las columnas de las Figuras 9 A y B. La Figura 4A es un mapa geológico
esquemático del volcán El Misti y sus alrededores sobrepuesto a un modelo numérico de terreno (Fig.
4B, resolución 30 m; Thouret et al., 2001; Finizola et al., 2004).
Figura 3 (Thouret et al., 2005)
Figura 4 A (Thouret et al., 2001).
Figura 4 B (Tort & Finízola et al., 2003; Delaite et al., 2005)
El Misti comprende dos edificios distintos: un estrato-volcán de base, llamado « Misti 1 », que está
cubierto en parte por un cono compuesto mejor conservado, que consta de tres edificios y etapas de
construcción, llamadas « Misti 2, 3 y 4 ». El estrato-volcán fue construído sobre depósitos
volcaniclásticos del Chachani (brechas hidroclásticas, ignimbritas, tefras y sedimentos epiclásticos)
que descansan sobre las ignimbritas neógenas de la cuenca de Arequipa cuya edad abarca de 13.2 Ma
hasta 1.7 Ma (Paquereau-Lebti et al., 2006, 2008; Tabla 1). Estas ignimbritas afloran en el cañón del
Río Chili y las más recientes afloran en la cuenca de Arequipa. Observaremos un corte de la
ignimbrita « Aeropuerto de Arequipa » que consta de dos unidades, una blanca y otra rosada (Figs. 5 y
6 : Paquereau-Lebti et al., 2006). La fuente de la ignimbrita “Aeropuerto de Arequipa” esta
probablemente debajo del complejo del Chachani (Fig. 7).
Characteristics of the ignimbrites in the
Arequipa area
IGNIMBRITES
EXTENT
VOLUME
Yura Tuffs (YT) =
Capillune Fm.
~150 km2
~1.5km3
Arequipa
Airport Ign.
(AAI)=
Upper
SENCCA
Pink
unit
White
unit
~ 600 km2
HAR : 10-3
18-24 km3
40Ar/39Ar
AGES
LITHOFACIES &
WELDING
1.03 – 1.84 Ma
mlT non welded
1.65 ± 0.04 Ma
Non welded, non
indurated, non
devitrified
1.77 ± 0.5 Ma
Weakly welded, strong
induration, vapor phase
crystallisation
La Joya Ign. (LJI)=
Lower SENCCA
~ 800km2
MAR : 10-4
16-24km3
4.83 ± 0.14 Ma
Strongly welded
(fiammes), rich in
sanidine and quartz
Rio Chili Ign. (RCI)=
HUAYLILLAS Ign
unknown
volume
13.35 ± 0.19
Ma
Weakly welded, rich in
biotite and amphibole
Tabla 1 (Paquereau-Lebti et al., 2006, Paquereau-Lebti, PhD 2007)
Figura 5. (Paquereau-Lebti et al., 2006, 2008)
Figura 6 (Paquereau-Lebti et al., 2007)
00
Source North of the
Arequipa depression
beneath the Chachani
volcanic complex
(c.290 km3)
c.20 km in
diameter
Figura 7. (Paquereau-Lebti et al., 2008)
El corte geológico del Misti desde el NE hasta el SO a lo largo del lado izquierdo del Río Chili
(Fig. 8) muestra las estructuras principales y los detalles estratigráficos de cada edificio. El estratovolcán Misti 1 con pendientes débiles consta de derrames de lava (hasta 9 km de largo) intercalados
con sedimentos volcaniclásticos e ignimbritas sin soldar. Una de las coladas de lava gruesas (“El
Gordo”) tiene alrededor de 833 ka pero P. Ruprecht y W. Wegner (2003) sostienen que dicha colada
provendría del Chachani. La parte superior del Misti 1 es menos antigua que 112 ka y una contacto
erosivo separa los dos edificios principales del volcán (visible desde el mirador de la carretera a
Charcani V: n°6 en la Fig. 3).
Figure 8 (Thouret et al., 2001)
Existen depósitos de avalancha de escombros que están intercalados entre derrames de lava y
depósitos piroclásticos a lo largo del Río Chili aguas arriba del teleférico y del “Hijo del Misti”. En
realidad se distinguen dos conjuntos de depósitos de avalancha de escombros que pueden ser el
resultado de colapsos del Misti 1 (ó de un edifico más antiguo todavía). El más reciente ocupa más de
40 km2 y mide más de 50 m de espesor (por ejemplo sobre los flancos sur y suroeste del edifico
actual). El estrato-cono no muestra una cicatriz de colapso reciente porque quizás esté enterrada bajo
las coladas de lava de los conos más recientes.
La figura 9 expone una columna estratigráfica compuesta y general del Misti 1 y de los
edificios posteriores 2 a 4.
Figura 9 (Thouret et al., 2001)
El estrato-cono Misti 2 a 4 se ha formado después de 112 ka y consta de coladas de lava
gruesas y cortas y de depósitos piroclásticos con un espesor de 2,2 km. Los depósitos forman un
piedemonte (“ring plain”) de alrededor de 200 km2. Las columnas estrátigráficas permiten reconocer
tres edificios sucesivos y siete grupos de productos piroclásticos (caídas, flujos y oleadas), coladas de
lava y depósitos volcaniclásticos o retrabajados (o sea epiclásticos). Las figuras 10 A y B muestran
columnas estratigráficas detalladas a lo largo de las quebradas principales sobre los flancos oeste, sur y
este del Misti.
Figura 10A (Thouret et al., 2001)
El Misti 2 comprende tres grupos de depósitos 2-1 hasta 2-3. El grupo 2-1 (112-70 ka) abarca
coladas de lava y flujos de bloques y cenizas, con unas coladas piroclásticas de escorias y pómez. El
grupo 2-2 (70-50? ka) comprende depósitos de bloques prismáticos de lava casi sin matriz que se
atribuyen a colapsos de domos (Qda. Pastores y Huarangal : Fig. 9, columnas n°2 y 3). Sobreyacen
depósitos de avalancha de escombros que atribuímos a uno(s) colapso(s) de flanco del Misti 1 o 2
(entre los grupos 2-1 y 2-2). Unos depósitos de coladas y de caídas de escorias de color verdoso
oscuro sobreyacen los depósitos de bloques de lava y provienen del Chachani (basado en su
composición más básica), intercalados con depósitos de pómez (Fig. 10A, columna n°2). Hacia el tope
los depósitos volcaniclásticos retrabajados señalan un periodo de erosión entre los grupos 2-2 y 2-3.
(Izquierda) Depósito de oleada debajo de una caída de pómez riolítica (34 ka), cerca al pueblo de
Chiguata (Foto JC Thouret).
(Derecha) Depósito de avalancha de escombros (Pichu Pichu), carretera a Chiguata (Foto JC Thouret).
Figura 10B (Thouret et al., 2001)
El grupo 2-3 (ca. 50-40 ka) refleja la formación de una “caldera” (¿) o de un grupo de cráteres
anidados. Tres argumentos de tipo geomorfológico, geofísco y vulcanológico sostienen esta hipótesis :
(1) une ruptura de pendiente entre los conos Misti 2 y 3 cerca a 4400 m snm. y la presencia de domos
alrededor del supuesto límite de la “caldera”. Dichas coladas sobreyacen derrames de lava con una
discordancia angular; (2) una discontinuidad estructural basada en anomalías geoeléctricas de
polarización espontánea medidas a lo largo de once perfiles (Finizola, 2004 ; Fig. 11). Además Tort y
Finizola (2005) y Finizola et al. (2004) han añadido datos tomomorfométricos y los resultados de
medidas magnetotelúricas que también sugieren la existencia de una discontinuidad estructural cerca a
los 4400 m snm. en la base del Misti 3; (3) unas ignimbritas (flujos de pómez y cenizas sin soldar y de
composición dácitica a andesítica) cuyo volumen mide entre 3 y 5 km3 (las observaremos en las Qdas.
Honda y Grande). Las dataciones C14 sugieren dos episodios eruptivos ca. 50-40 ka y luego ca. 40-33
ka (Fig. 9, columnas n°2, 3 y 5).
Figura 11 (Finizola et al., 2004)
El estrato-cono Misti 3 fue construído por derrames de lava y domos hasta elevaciones
cercanas a los 5600 m snm. Consta de cuatro grupos. El grupo 3-1 (36 – 31 ka) comprende depósitos
de flujos de cenizas y caídas de composición dacítica con un volumen mínimo de 1.5 km3. El grupo 32 (entre 30 y 25 ka) abarca un gran volumen de depósitos de flujos piroclásticos de composición
dácitica y depósitos de bloques de domo y cenizas, intercalados con depósitos de caídas de pómez. El
grupo 3-3 (entre 25 y 20 ka) abarca al menos cinco depósitos de bloques de domo y cenizas,
intercalados con depósitos de caídas de pómez. Una de las caídas mide desde 1 hasta 3 m de espesor
entre 9 y 12 km hacia el oeste y el este de la cumbre. Hacia el tope del grupo 3-3 unos depósitos
gruesos de flujos de escombros (lahares) y tefras retrabajadas están intercalados dentro de los
depósitos de colapsos de domo. Señalan unos procesos ligados a la fusión de los glaciares durante uno
de los máximos del último periodo glaciar (antes de 25 ka y entre 24 y 12 ka).
El Misti 3 fue probablemente truncado por la formación de una caldera en la cumbre (parecida
a la caldera de la cumbre actual del Ubinas) entre 14 y 11 ka: esta caldera tiene un diámetro de 2 km.
(Fig. 3) Tres argumentos permiten proponer la existencia de la caldera de la cumbre: (1) El piso de la
caldera (flanco NO) muestra lavas que sobreyacen otras lavas del Misti 3 con una discordancia
angular; 2) depósitos de flujos piroclásticos de pómez dacíticos (1 km3) y capas de caídas de pómez
intercaladas conforman el grupo 3-4 (entre 13,7 y 11,3 ka). Este grupo también contiene depósitos de
oleadas piroclásticas (por ej. antidunas y capas con estratificación cruzada). (3) Una discontinuidad
estructural está inferida en base a las medidas de polarización espontánea que muestran anomalías
negativas cerca a los 5400 m snm. También el estudio tomomorfométrico revela une dicontinuidad
structural a esta misma altura.
El Misti 4 o cono de la cumbre tiene menos de 11 ka. El pequeño edificio de la cumbre en
forma de creciente está constituido por lapilli, tefras y escorias soldadas (hacia el NO). El cono fue
excavado por dos cráteres anidados. El gran cráter de 950 m de diámetro y abierto hacia el sur fue
formado durante la erupción de hace ca. 2050 años BP y el pequeño cráter (550 m de diámetro)
rodeado por escorias negras tiene una edad histórica. Al fondo de este cráter de 200 m se observa un
plug (tapón) de lava andesítica que atribuímos a la erupción del siglo XV.
Los dos cráteres anidados de la cumbre / Caídas del Holoceno superior, Río Chili. El pómez blanco
(abajo) tiene ca. 2050 años AP y las cenizas blancas (arriba) fueron emplazadas por la erupción del
Huaynaputina en Febrero 1600 AD. (Fotos : JC Thouret).
El último grupo de tefras (capas de lapilli pómez y cenizas) de 5 a 6 m de espesor que cubre
todas las laderas bajas del Misti demuestra que el volcán tuvo 10 erupciones desde hace 11 ka (Fig.
10B, grupo VII, columnas 1, 3, 4 y 6). Se han reconocido depósitos de oleadas, uno de ellos de edad
holocena media aflora en el barrio El Porvenir a unos 13 km de la cumbre. Los suelos intercalados en
el último grupo de tefras son muy delgados y también unos depósitos eólicos están intercalados en esta
secuencia piroclástica. La fotografía tomada en los años 1940 (I. Parodi : Fig. 12) muestra claramente
la morfologiía del cono compuesto, del piedemonte (ring plain) y dos abanicos recientes (Qda. San
Lazaro en el centro y Qda Huarangal hacia el ENE, ahora cubiertos por el casco urbano) cuyos
depósitos de lahares y epiclásticos (con unas tefras) fueron emplazados entre 13,7 y 4,7 ka. Adémas la
morfologia de “hummocks” (colinas cónicas) emplazados por los depósitos de avalancha del Misti se
observa sobre la primera “escalera” morfológica del piedemonte.
Figura 12 (Fotografia cortesía de I. Parodi)
Actividad eruptiva reciente e histórica
La actividad reciente del volcán es notable desde hace alrededor de 2000 años y quizás haya
disminuido desde entonces; sin embargo es menester tener en cuenta la recurrencia de las erupciones
sub-plinianas para comprobar esta hipótesis (veáse la conclusión). Los depósitos más importantes son
flujos piroclásticos de pómez y líticos que sobreyacen una caída sub-pliniana con pómez bandeadas
(andesíticas y dacíticas): se encuentran en el Río Chili y en todas las quebradas, el volumen del
conjunto mide al menos 0.75 km3 (Fig. 13).
Figura 13 (Thouret et al., 2001)
La edad del episodio eruptivo está comprendida entre 2300 y 2050 años AP (C14) o sea 402 cal BC
hasta 340 cal AD. La secuencia de depósitos también muestra dos unidades distintas sobre los flancos
sur y SO del volcán (las observaremos en la Qda. Huarangal y en las Qdas. Honda y Grande : Fig. 3).
La unidad inferior es piroclástica, la superior es más rica en bloques líticos y fragmentos oxidados
dentro de una matriz parduzca abundante y fina. La unidad superior puede ser el resultado de procesos
de destabilización del flanco Sur que han abierto la pared del cráter grande de la cumbre hacia el Sur.
Además se observan bancos de depósitos laháricos que conforman una terraza (encima de la recaída
sub-pliniana de hace 2050 años AP). Ellos revelan la transformación de los flujos piroclásticos en
lahares ricos en pómez a lo largo de la Qda San Lazaro.
Varios depósitos de lahares (sobre todo flujos hiperconcentrados, más abundantes que flujos
de escombros) se aprecian a lo largo del Río Chili y de la quebradas. Las figuras 14 (1-5) muestran
cinco cortes perpendiculares al valle del Río Chili desde el Santuario cerca a “Charcani 1” hasta el
“Club internacional” de Yanahuara. Tres terrazas principales y unas subordinadas están conformadas
por depósitos epiclásticos, depósitos de lahar asi como por aluviones del Holoceno superior e
históricos.
Figura 14- 1-5 (Delaite et al., 2005)
La actividad histórica del Misti ha sido moderada. Una caída de cenizas escoriaceas negras (510 cm hacia el SO) señala unos pequeños eventos probablemente vulcanianos durante el siglo XV
(1440-1470 AD: Chávez Chávez, 1992). Han cubierto la ciudad de Arequipa con cenizas hasta de 4
cm de espesor. Otras capas de cenizas históricas son muy delgadas mientras que las crónicas
mencionan eventos freáticos o fumarólicos en 1542, 1599, 1826, 1830-31, 1869 y 1870 pero dichos
eventos (sísmicos ¿ freáticos ¿ fumárolicos ¿) no están comprobado aún. Con menos incertidumbre,
cuatro eventos occurieron el 2 de Mayo del 1677, el 9 y el 28 de Julio del 1784 y 10 de Octubre del
1787 (Simkin y Siebert, 1994). Estos eventos sísmicos y quizás freáticos no dejaron tefras o no se
reconocen dichas tefras históricas en el campo porque fueron removidas por el viento y la fusión de la
nieve. Sin embargo cabe recalcar la presencia de varios lahares (flujos de escombros gruesos y flujos
hiperconcentrados más finos) a lo largo del Río Chili y de las Quebradas, que fueron datados entre
1000 y 300 años AP (Delaite et al., 2005), es decir no solamente a consecuencias de la erupción del
siglo XV pero también a consecuencias de aguaceros y remobilización de tefras sobre las laderas del
volcán. Unas crisis fumárolicas fueron reportadas por ej. en 1948 y 1949 y también en 1984 y 1985.
La sismicidad y la actividad fumárolica actual del volcán (medidas por el personal del IGP y del IRD)
demuestran que el Misti está activo.
Conclusiónes
1. El edificio poligénico del Misti comprende un estrato-volcán Misti 1 (833 – 112 ka) y un cono
compuesto que consta del Misti 2, 3 y 4 (112 ka – Presente). El cono Misti 2, 3 y 4 abarca siete grupos
de depósitos volcaniclásticos (y epiclásticos) que señalan siete periodos eruptivos principales después
de hace 112 ka. El estudio de las estructuras del volcán Misti revela la presencia de la caldera de la
cumbre (ca. 14 – 11 ka) y de una supuesta caldera amplía o un grupo de crateres formados entre 50 ka
y 33 ka. Además se reconocen dos grupos de depósitos de avalancha de escombros que indican
fenómenos de destabilización del volcán; el más reciente tuvo lugar entre 70 y 40 ka.
2. Los dinamismos eruptivos recientes del Misti muestran una alternancia entre: (i) periodos de
crecimiento y destrucción de domos con colapsos y flujos de bloques y cenizas (por ej. entre 31 y 25
ka y entre 25 y 20 ka); (ii) erupciones sub-plinianas a plinianas con voluminosas caídas de pómez; (iii)
ignimbritas dacíticas no soldadas con un volumen total de 4 a 6.5 km3 que pueden estar relacionadas
con la gran caldera (entre 50 y 33 ka) y con la caldera de la cumbre (entre 13.7 y 11.3 ka).
3. Los análisis petrológicos de los productos del Misti (Fig. 15) indican que la mayoría de sus lavas
son andesitas y que las riolitas son escasas. Las andesitas básicas no existen (al contrario del caso del
Chachani que es el volcán más cercano). Los productos eruptivos del Misti 4 son menos
evolucionados (decrecimiento en Si02) pero se nota una mezcla de magma andesítico y dacítico en los
pómez de la erupción sub-pliniana de hace 2050 años AP.
Figura 15 (datos del Master2R by C. Legendre, 1999; vease el curso del Prof. G. Wörner y Ruprechet
& Wörner, 2007)
4. En base a la estratigrafía y cronología disponibles desde hace ca. 110 ka, la figura 16 expone la tasa
de construcción promedia del volcán Misti: 0.63 km3 por 1000 años, una tasa comparable a la tasa
sobre otros estratovolcanes similares en el mundo. Durante unos periodos eruptivos más sostenidos, la
tasa de erupción ha podido alcanzar 2.1 km3. Estas estimaciones a veces no son válidas a raíz del
volumen de depósitos arrastrados por la actividad de los glaciares del Pleistoceno superior pero la
ausencia de cuencas glaciares de gran volumen sobre los conos empinados del Misti 2 a 4 hace que la
erosión de los depósitos no haya sido tan importante.
Figura 16
5. En base a la crono-estratigrafia C14 elaborada (Fig. 16) desde hace ca. 50,000 años, podemos
estimar la recurrencia de las erupciones del Misti de acuerdo con la mgnitud aproximada de los
volumenes arrojados: cada 15 000 años para erupciones plinianas o ignimbriticas con VEI > 3, cada
2000 hasta 4000 años para erupciones sub-plinianas con VEI 3 (por ej. aquella de hace 2050 años AP)
y cada 500 años para erupciones vulcanianas moderadas (VEI 2, por ej. aquella del siglo XV).
Figura 17 (Thouret et al.)
6. Las erupciones futuras del Misti amenazan alrededor de 850 000 personas y directamente a unos
100 000 habitantes que viven cerca a las quebradas, en el valle del Río Chili y en el área de Chiguata.
Un mapa y dos escenarios eruptivos probables mostrarán las zonas potencialmente más afectas por los
fenómenos eruptivos futuros en caso de erupción vulcaniana (moderada) y sub-pliniana (moderada a
violenta). El mapa yl los escenarios están basados en el cartografiado de los depósitos recientes del
volcán (Figs. 4 y 10 A y B), en el cartografiado geológico (J. Suni, P. Navarro, 1999), en la cronologia
(Ar40/Ar39 y C14) y en modelación preliminar (Thouret et al., 2001, Delaite et al., 2005 ; Vargas et al.,
2008).
Desde 2005, el grupo de vulcanologos del Ingemmet junto con expertos extranjeros han llevado el
mapa geólogico detallado del Misti (1/25 000) que será mostrado a los participantes del curso. Luego
un mapa de “peligros” volcánicos fue elaborado en 2007 en base a los estudios anteriores y a los
nuevos trabajos actuales.
Referencias citadas
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