Facultad de Geologa, Geofsica y MinasUNSA

Nociones de vulcanologa fsica

Dr. Marco RiveraInstituto Geolgico Minero y Metalrgico - INGEMMET

Arequipa, 13 y 14 de Enero de 2011

Temas

1.Primera Parte : Generalidades Gnesis y evolucin de los magmas en contexto de subducin Propiedades fsicas de los magmas Dinmica del ascenso del magma Tipos y tamaos de las erupciones

2.Segunda parte : Procesos y productos volcnicos Volcanismo efusivo : flujos y domos de lava Volcanismo explosivo : dispersin de piroclastos y flujos

piroclsticos, avalanchas de escombros Avalanchas y flujos de escombros

Estructura del planetaGnsis y evolucin de los magmas

Manto

Peridotita

Gnsis y evolucin de los magmas

Las placas tectnicas

1. Mrgenes divergentes2. Mrgenes convergentes

3. Intraplaca

Gnsis y evolucin de los magmas

Gnsis y evolucin de los magmasEn cualquier ambiente geodinmico, la gnesis de los

magmas ocurre mayoritariamente en el MANTO SUPERIOR

Los productos de fusin parcial del manto son de composicin basltica

Principales procesos que controlan la composicin qumica

de rocas igneas

Composicin

de la fuente

Procesos en la

Camara

magmtica

Procesos

Post-solidus

Ambiente Tectnico

CF

AFC

Mezcla de magmas

CF

Contaminacin

Fusin parcial

Contaminacin, CF

Desgasificacin

Alteracin hidrotermal

Metamorfismo

Composicin

qumica de

agua de mar y

agua subterranea

Gnsis y evolucin de los magmas

Cristalizacin Fraccionada

Los cristales inicialmente

formados son extraidos del

magma, la composicin del

magma restante puede ser

diferente a la composicin

original.

Gnsis y evolucin de los magmas

Gnsis y evolucin de los magmas

Proceso de diferenciacin

Diferenciacin Magmtica por

cristalizacin fraccionada

Un paso para separar cristales del

magmas inicialmente formados

es por gravedad.

Los cristales simplemente caen

al piso de la cmara magmtica.

El magma restante se hace ms

rico en silice.

Gnsis y evolucin de los magmas

Otros procesos que alteran la

composicin del magma

Fusin parcial de rocas

Asimilacin magma caliente

puede fusionar parcialmente las

rocas adyacentes adicin de

silice en el magma.

Mezcla de magmas mezcla de

magmas de diferente contenido

de silice.

Gnsis y evolucin de los magmas

Que es un magma ? Cristales: hasta 80%Voltiles: 0.1 - 7 wt.%

Best & Christiansen (2001) Que es un lquido silicatado ?Es una serie (cadenas, aros, etc) de tetraedros de silica (Si-O) a los cuales se incorporan cationes (e.g., Ca2+, Mg2+, Fe2+) y aniones (e.g., OH-, F-, Cl-, S-), organizados de forma aleatoria.

Propiedades fsicas de los magmas

Voltiles Generalmente < 5-7 wt.% Principalmente H2O (> 90% del total) CO2, CO, H2S, SO2, CH4, NH3, HCl, HF, etc.

Controlan la diferenciacin magmtica: H2O presente en minerales hidratados (anfbol, biotita, etc.).

Controlan las propiedades fsicas de los magmas (densidad, viscosidad, etc.).

Juegan un rol fundamental en el ascenso de los magmas desde el reservorio pero sobretodo en el conducto.

Gnsis y evolucin de los magmas

Temperatura vara entre 800 y 1300 C funcin de la composicin

qumica de los magmas

controla la secuencia de cristalizacin de los minerales

Basalto 1050 C 1200 C

Andesita 940 C 980 C

Riolita 790 C 820 C

Gnsis y evolucin de los magmas

Densidad Funcin de la composicin qumica,

temperatura, presin, contenido de voltiles, etc.

Xi - fraccin molar del componente IMi - masa molar del component I

Vi - volumen molar

Vara entre 2350 kg/m3 (riolitas) y 2850 kg/m3 (basaltos).

Es el motor principal del ascenso de los magmas a nivel del manto/corteza.

==

X M

V

i i

ii

N

1Spera (2000)

Spera (2000)

Gnsis y evolucin de los magmas

Viscosidad La viscosidad es una medida de la

resistencia al flujo

Es funcin de la composicin, temperatura, contenido de voltiles, contenido de cristales, etc.

Vara entre 102 - 1012 Pa.s aumenta con:

disminucin de la T incremento de SiO2 (polimerizacin) disminucin de los voltiles

(depolimerizacin) aumento del contenido de cristales

= dudx

1

2

Gnsis y evolucin de los magmas

ExplosivasDispersin de gas y partculas

slidas

Efusivas Flujos y domos de lava

Dinmica del ascenso del magma

Erupciones explosivas Erupciones efusivas

Dinmica del ascenso del magma

Zona de flujo burbujeante:Desde la zona de nucleacin hasta la zona de fragmentacinCrecimiento de burbujas por ex-solucin del gas y descompresinIncremento de velocidad y viscosidadFlujo laminar con gradientes importantes debido a la friccin viscosa

Zona de flujo disperso:Desde la zona de fragmentacin hasta el crterMecanismo de fragmentacin diferenteFlujo turbulento, con altas velocidades, fuera del equilibrioFlujo subsnico en estado estacionario y supersnico en estado transitorio

Zona de flujo homogneo: Desde el reservorio magmtico hasta que la presin > presin de saturacinDensidad, viscosidad y velocidad constantes

Regimenes dinmicos

Dinmica del ascenso del magma

Las burbujas se forman cuando el magma est super-saturado en voltiles

La nucleacin homognearequiere que la presin de super-saturacin sobrepase la barrera de energa de la tensin superficial. Las burbujas se desarrollan en el lquido.

Sin embargo, las presiones de super-saturacin pueden alcanzarse cuando las burbujas crecen el las paredes de los cristales. A este caso se lo denomina nucleacinheterognea.

Nucleacin

Modificado de Mangan & Sisson, JVGR, 2000

Dinmica del ascenso del magma

ExplosivasDispersin de gas y partculas

slidas

Efusivas Flujos y domos de lava

Tipos y tamaos de las erupciones

Erupcionesvolcnicasexplosivas

Estrombolianas

Vulcanianas

Plinianas

Tipos y tamaos de las erupciones

Modificado de Walker (1973)

Tipos y tamaos de las erupciones

Clasificacin cuantitativa basada en parmetros fsicos medidos

Tipos y tamaos de las erupciones

Tipos y tamaos de las erupciones

NOMBRE NATURALEZA DEL MAGMA CARCTER EXPLOSIVO CARCTER DEL FLUJO

Hawaiana Fluido Eyeccin dbil de gotas de magma muy fluidas, fuentes de lava

Fujos de lava delgados, en ocasiones muy largos

Estromboliana Moderadamente fluido Eyeccin dbil a violenta de gotas de fluido viscosoFlujos de lava ocasionales, normalmente ms gruesos y menos largos que los hawaianos

Vulcaniana ViscosoEyeccin moderada a violenta de fragmentos calientes de lava juvenilslidos o muy viscosos

Flujos de lava comnmenteausentes, cuando existen, son gruesos y granulares

Peleana Viscoso Como las vulcanianas, tpicamentecon flujos piroclsticosDomos y/o flujos de lava muygruesos y cortos; pueden estarausentes

Pliniana ViscosoEyeccin paroxismal de grandesvolmenes de pmez y ceniza, usualmente con flujos piroclsticos

Usualmente, no presenta flujos de lava

Clasificacin cualitativa basada en la observacin

Tipos y tamaos de las erupciones

Tipos de volcanes

Tipos de volcanes

Chimborazo (Ecuador)

Ampato-Sabancaya (Per)

Complejos volcnicos

Tipos de volcanes

Estratovolcanes

Sangay (Ecuador)

El Misti (Per)

Tipos de volcanes

Volcanes tipo soma

Reventador (Ecuador

Calderas

Chalupas (Ecuador)

Quilotoa (Ecuador)

Tipos de volcanes

MK Mauna KeaML Mauna LoaH HualalaiK KoalaEM East Maui

Volcanes escudo

Tipo Hawaii

Tipo Galpagos

Tipos de volcanes

Volcanes de AndahuaParicutin, Mxico

Conos monognicos