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