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Marco RiveraMarco Rivera
JeanJean--ClaudeClaude ThouretThouret
HervHervéé MartinMartin
AlainAlain GourgaudGourgaud
JeanJean--LucLuc Le Le PennecPennec
Marie Marie ChristineChristine GerbeGerbe
DirecciDireccióón de Geologn de Geologíía Ambiental y Riesgo Geola Ambiental y Riesgo GeolóógicogicoDGARDGAR
ROL DE LA CONTAMINACIÓN CRUSTAL EN EL MAGMATISMO DE LOS ANDES DEL SUR PERUANO: EJEMPLO DEL VOLCÁN MISTI
LMV – Francia
Volcanes activos y potencialmente activos delsur del Perú
• 12 volcanes activos y potencialmente activos
• Estos volcanes estánlocalizados en la Cordillera Occidental.
• 7 volcanes han presentado erupcioneshace menos de 500 años.
Lago Titicaca
Oceano
Pacífico
0 100 km
Imagen Landsat 1996
TACNA
MOQUEGUA
AREQUIPA Huaynaputina
Yucamane
MistiUbinas
Tutupaca
Ticsani
Sabancaya
Casiri
Coropuna
Conos de Andahuay Orcopampa
Solimana
Sara Sara
Chachani
70ºW74ºW
15ºS
• Reservorios: cuña delmanto, corteza inferior
• Procesos petrogenéticos:
�La fusion parcial de la cuña del manto;
�Proceso MASH en base de la cortezacontinental;
�Procesos intra-corticales (cristallizaciónfraccionada, AFC, mezcla de magmas).
MASH (fusión, asimilación, almacenamiento, homogenización)
propuesto por Hildreth y Moorbath (1988)
Fluidos derivados de ladeshidratación de la corteza
Fusión parcial delmanto
Astenosfera
Corteza inferior
Corteza media
Arco principal
Ante-arco Tras-arco
Corteza superiorCF AFC
Mezcla
MohoMASH
Cuña del manto
ZONA VOLCÁNICA CENTRAL DE LOS ANDES (ZVC)
• Los procesos petrogenéticos de magmas del volcánMisti son poco conocidos.
• La evolución magmática y volcánica en el tiempo es poco precisa.
• La influencia de la composición química del magma
en el comportamiento magmático y dinámico delMisti.
� Esto permitirá prever mejor el comportamiento volcánicofuturo con fines de prevención y/o mitigación de desastres.
Problemática
II. ESTRATIGRAFÍA Y EVOLUCIÓN DEL
VOLCÁN MISTI
VOLCÁN MISTI • Volcán activo con ~12 episodios eruptivos de magnitud leve descritosdesde 1550.
• El estratocono posee un volumen aproximado de ~80 km3.
• Una tasa eruptiva: 0,63 km3/ka (<112 ka ; Thouret et al., 2001).
• La ciudad de Arequipa (~1 millón de habitantes) se extiende a menos de 12 km al suroeste.
EL VOLCÁN MISTI
Misti 1 (~833 – 112 ka)
Misti 2 (112 – 40 ka)
Misti 3 (40 – 11 ka)
Misti 4 (< 11 ka)
Ignimbrita “La Joya”~4,8 Ma
Ignimbrita “El aeropuerto de Arequipa” ~1.65 Ma
5822 m.
Cráter de edad histórica
(Modificado de Thouret et al., 2001)
• Según Thouret et al. (2001): 4 etapas de evolución volcánica.
• El Misti sobreyacesecuencias ignimbríticas y rocas sedimentarias delJurásico.
• Ultima actividadmagmática: erupciónvulcaniana de 1440–1470.
120 m
III. EVOLUCIÓN PETROGÉNETICA
DE MAGMAS
Misti 2 : andesitas y dacitas
Misti 3 : andesitas a riolitas
Misti 4 : andesitas
40 45 50 55 60 65 70 75
0
2
4
6
8
10
12
14
RiolitaTraquidacita
Traqui-andesitaTraqui-
andésitabasáltica
Traqui-basalto
Tefritabasanita
Fono-tefrita
Tefri-fonolita
Basalto Andesitabasáltica
Andesita
Dacite
Misti 4 (<11 ka)
Misti 3 (38 - 12 ka)
Misti 2 (112 - 40 ka)
(Na 2
O +
K2O
) w
t%
SiO2 wt%
Rb Ba Th Nb K La Ce Sr P Nd Zr Sm Eu Ti Gd Dy Y Er Yb
1
10
100
1000Misti 4 (11 ka -época histórica)
Misti 3 (38 - 12 ka)
Misti 2 (112 - 40 ka)
Ro
ca /
Man
toP
rim
itiv
o Sun and McDonought, 1989)
Rocas presentan elevadas concentraciones
en elementos incompatibles LILE (K, Rb, Ba), así como un
empobrecimiento en HFSE (Nb, Zr)y HREE (Yb).
Estas características son propias de
magmas de zonas de subducción.
0.35.56.06.57.07.5
0.5
1.0
Edenita
Magnesio-hastingsita(AlVI < Fe3+)
Ferropargasita
CaB = 1,50
(Na+K)A= 0,50
Ti < 0,50
0.5
1.0
5.56.06.57.0Si (c.p.u.f.)
Tschermakita
Misti 4Misti 3Misti 2
Si (c.p.u.f.)
Magnesio-hornblenda
CaB = 1,50
(Na+K)A < 0,50
CaA < 0,50
En
Pigeonita
Hedenbergita
Augita
Diopsido
Enstatita
Misti 2Wo Misti 3
Pigeonita
Hedenbergita
Augita
Diopsido
Enstatita
Fs
Misti 4
Pigeonita
Augita
Diopsido
Enstatita
50 50
Magnetita
FeO
Misti 2
Magnetita
FeO
Misti 4
Magnetita
FeO
Misti 3
Or100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Misti 3Misti 2
Fo Fa
En
Pigeonita
Hedenbergita
Augita
Diopsido
Enstatita
Misti 3Wo
Pigeonita
Augita
Fs
Pigeonita
Augita
50 50
HedenbergitaDiopside Diopsido
Misti 2 Misti 4
FeO.TiO2
2FeO.TiO2
FeO.Fe2O3 FeO.Fe2O3 FeO.Fe2O3
Bitownita
Labradorita
Andesina
Oligoclasa
Ab
An
Misti 2
Anortoclasa
Misti 3
Anortoclasa
An
Sanidina
Misti 4
Microlitos
An
Mineralogía de rocas del Misti
Mg# 71-88
Ortopiroxeno
Clinopiroxeno
Feldespato
Mg# 66-86
Ilmenita
Ulvospinella
Fo68-80
Anfíbol
Olivino
Oxidos de Fe-Ti
Mg
/(M
g+
Fe2+
)
Mg
/(M
g+
Fe2+
)
Profundidad del reservorio magmático del Misti
Temperatura (°C)
Pre
sió
n (
Mp
a)
Cono volcánico
Reservorio superficial
Cálculo empleando el geobarómetro y geotermómetrodel Anfíbol de Ridolfi et al., (2010)
9 km
15.4 km
?
910 990
240
415
• Los valores de elementosmayores disminuyen con la diferenciación.
• Ciertos elementos trazasmuestran un comportamientocompatible.
• K2O y Rb muestran un comportamiento incompatible durante la diferenciación.
• Existe una ausencia en composición (67-73% SiO2).
Comportamiento de elementos mayores y trazas
15
16
17
18
19
2.0
4.0
6.0
CaO
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
55 60 65 70 75
1.0
2.0
3.0
4.0
MgO5.0
8.0
20
SiO2 wt%55 60 65 70
Cr
Rb
Co
Sr
75
200
400
600
800
15
30
45
60
75
90
105
120
135
0
1000
1200
1400
20
10
20
30
40
50
60
40
60
80
100
SiO2 wt%
Al2O3
K2O
Misti 4 (<11 ka)
Misti 3 (38 - 12 ka)
Misti 2 (112 - 40 ka)
~ 40 - 38 ka
~ 11 ka
~ 112 ka
MISTI 2
MISTI 3
MISTI 4
EDIFICIOS
• Ligera variación de concentration en elementos mayores, trazase isotopos entre las etapas éruptivas sucesivas.
• Variación más marcada durante la etapa Misti 3 (34 - 31 ka).
87Sr/86SrSiO2 (wt%) MgO (wt%) Sr/Y δ18O ‰ (VSMOW) Rb (ppm)
La contaminación cortical
SiO2 wt%
AFC
CF
δ18
O‰
VS
MO
W
87Sr/86Sr
AFC
87Sr/86Sr
• Contaminante potencial: el gneis de Charcani(Masivo de Arequipa)
hace parte de la cortezamedia – superior.
55 60 65 70 750.7070
0.7074
0.7078
0.7082
0.7086
0.7090
• Los datos isotópicosmuestran lineas de fuerte pendiente.
• La cristalizaciónfraccionada no puedeser el mecanismoprincipal de la evoluciónde los magmas.
-40
-36
-32
-28
-24
-20
0
4
8
-16
-12
-8
-4-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
40%
50%60%
70% 80% 90%
30%
Corteza superior(Granitos)
Corteza inferior(Granulitas)
Misti 4 (< 11 ka)
Misti 3 (38 - 12 ka)
Misti 2 (112 - 40 ka)
εSr
εNd
Modelo
• Magma padre: Polomantélico (Boily et al., 1990).
• Tres contaminantescorticales.
La contaminación cortical: mezcla simple
Gneisde Charcani Resultado
• Tasa de contaminación= 18 - 32 %.
• La evolución de magmas es controladapor la contaminacióndel gneis de Charcani.
mantélicoPolo
Asimilación – Cristalización fraccionada (AFC)
� Magma padre (Andesita 58% SiO2)
�Roca hija real (riolita 73% SiO2)
�Composición del cumulado: 54%plg, 36%anf, 1%cpx, 7%Mt, 2%Ol.
�Roca contaminante: gneis de Charcani
Parámetros
1
10
100
1000
Roca /
Manto
prim
itiv
o
Rb Ba Th Nb K La Ce Sr Nd Sm Zr Eu Gd Dy Y Er Yb
Cl = F + r * Ca * (1- F )Co r-1 zCo
Cl = Concentración del elemento en el liquido finalCo = Concentración del elemento en el liquido inicial(1-F) = Tasa de cristalizaciónCa = Concentración del elemento en el contaminanter = Masa asimilada/masa cristalizada
-z -z
{ }Modelo
De Paolo, 1981
• Razón masa asimilada /
masa cristalizada (r) = ≤0,22
� Tasa de asimilación:
≤ 14%
1
10
100
1000
Rb Ba Th Nb K La Ce Sr Nd Sm Zr Eu Gd Dy Y Er
Roca /
Manto
prim
itiv
o
Yb
Asimilación – Cristalización fraccionada (AFC)
Resultado
Magma padre
Roca hija
r = 0.22
r = 0.18
r = 0.16
�Modelos muestran que la AFC explicaría la evolución de la serie del Misti.
La contaminación
cortical
• Una líneamagmática derivadade la fusión parcialdel manto.
• La evolución petro-genética de magmas es controlada por la contaminación de la corteza continental.
Génesis y evolución de magmas
87Sr/86Sr
143 N
d/14
4 Nd
0.702 0.703 0.704 0.705 0.706 0.707 0.708 0.709 0.710
0.5131
0.5129
0.5127
0.5125
0.5123
0.5121
0.5119
Según Davidson et al. (1991) et Delacour et al. (2007)
Gneis deCharcani
(0,740 et 0,5115)
• Fusión parcial delmanto.
• Asimilación en base de la corteza vía un proceso MASH (empobrecimiento en HREE e Y).
• Evolución de magmas mediante un proceso de AFC, cuyo contaminantees el gneis de Charcani.
• La tasa de asimilaciónes ≤14% para el Misti (más importante entre 34 - 31 ka).
50 Km2000 100 150 250 300
50
100
150Km
0 Masivo de Arequipa
Modelo de génesis y evolución de magmas
• El Misti a emitido andesitas y algunas dacitas, cuya composiciónquímica varia en una gama limitada, mientras que riolitas han sidoemitidos entre 31 y 34 ka ("Misti 3").
• La composición de los minerales de cada tipo petrográfico no ha evolucionado de manera significativa en el tiempo. En consecuencia no existen ciclos magmático totalmenteindependientes.
• Los principales procesos que participan en la génesis y en la evolución de magmas son: -fusión parcial del manto, -mecanismos intra-crustales (AFC, ..).
• Los magmas del Misti bastante contaminados (≤14%) por la corteza continental.
Conclusiones
Gracias por su atención!!