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GEO102 Geología General
Semana 6: Procesos endógenos
Magmatismo y plutonismo
Volcanismo y productos volcánicosTipos de erupción
Clasificación de volcanes.
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PRIMERA PARTE
• Procesos endógenos.• Magmatismo y plutonismo.
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Los conocimientos de las clases anteriores, nos permiten comprender cómo el
movimiento de las placas tectónicas se expresa superficialmente. Por ejemplo, en
este mapa del relieve de Centroamérica desde el espacio. El mapa cubre unadistancia de casi 2000 km.
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El arco volcánico está formado por volcanes alineados paralelos a la fosa. El magmaque se estancará bajo estos volcanes o que saldrá a través de erupciones tranquilas o
explosivas, es generado a una profundidad promedio de 100 km.
FOSA PLACA DE COCOS
sedimentos fuertemente deformadosLÍNEA DE COSTA
arco volcánico
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Como sabemos, los rasgos superficiales en este mapapueden ser generados por procesos internos
(endógenos) y externos (exógenos).
Los procesos endógenos abarcan procesos internos que
producen flujos de calor y de material desde la
profundidad bajo la corteza terrestre, los que sonimpulsados principalmente por el decaimientoradioactivo.
Son los procesos endógenos los que explican
magmatismo, plutonismo y volcanismo.
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DOS DEFINICIONES TRASCENDENTALES
MagmaRoca fundida,
generalmente unfundido silicatado con
cristales suspendidos y
gases disueltos.
MagmatismoEs el conjunto de
procesos que conducen a
la generación de
magmas y a su
emplazamiento.
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FUSIÓN DEL MANTO
¿Cómo conocemos el material del manto?1. Ofiolitas:
– Secuencia típica de rocas que constituyen la
corteza oceánica.
– Son pedazos de corteza oceánica y manto
2. Muestras de perforaciones de la corteza oceánica
• Nódulos y xenolitos en algunos basaltos
• Xenolitos de Kimberlita – “Conductos” que contienen diamantes
arrastrados desde el manto, con numerosos
xenolitos del manto profundo
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FUSIÓN DEL MANTO
En el manto, el principal tipo de peridotita que generamagma, se llama lherzolita, que está caracterizada por:
Olivino (Ol) > Ortopiroxeno (Opx) + Clinopiroxeno (Cpx)Olivino
Dunita
ClinopiroxenoOrtopiroxeno
Lherzolita
Websterite
Ortopiroxenita
Clinopiroxenita
Websterita de Olivino
Peridotitas
Piroxenitas
40
10
10
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FUSIÓN DEL MANTO
Cuando se estudian variaciones de asociaciones deminerales con P y T, se usan diagramas de fase, que
muestran dónde son estables los diferentes minerales.
Para una lherzolita: Plagioclasa
Poca rofundidad
(<50 km)
Espinela
50-80 km
Granate
80-400 km
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CÓMO
Cuando se estudian variaciones de asociaciones deminerales con P y T, se usan diagramas de fase, que
muestran dónde son estables los diferentes minerales.
Para una lherzolita: Plagioclasa
Poca rofundidad
(<50 km)
Espinela
50-80 km
Granate
80-400 km
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MAGMATISMO EN DORSALES OCEÁNICAS
La actividad ígnea es sin duda uno de los procesos más
importantes en las dorsales; la mayor cantidad de rocas ígneas
en el mundo son formadas en este ambiente.
¿Por qué es así? ¿Cómo es el magmatismo en las dorsales?
Fusión por
descompresión:disminuye la presión a
medida que se alza el
manto sólido bajo las
dorsales; la fusiónocurre entre 100 y 30
km de profundidad.
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MAGMATISMO EN DORSALES OCEÁNICASA medida que la peridotita continúa alzándose, la cantidad dematerial fundido aumenta y se vuelve un material similar a
nieve derretida: una mezcla de cristales sólidos y de líquido.
Con el tiempo, la parte fundida se acumula, primero en
pequeñas gotas, que luego se agrupan en cuerpos más y más
grandes de magma.
El magma, que es de menor densidad, se eleva
independientemente del sólido.
El fundido deja tras de sí un residuo de olivino y piroxeno.
Bajo la dorsal del Pacífico Oriental que es de rápida
propagación, la zona de rocas parcialmente fundidas puede
ser de unos 100 km de ancho.
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MAGMATISMO EN DORSALES OCEÁNICAS
La mayoría del magma formado en las dorsales se acumula en cámaraslargas que por lo general son de 1 a 5 km de ancho, pero que en
dorsales de expansión rápida, pueden llegar a 10 km de ancho.
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MAGMATISMO EN DORSALES OCEÁNICAS
La corteza oceánica se desarrolla a medida que la cámara magmáticaaxial se enfría y cristaliza para formar una roca intrusiva.
Los primeros minerales en cristalizar desde este magma basáltico son
los minerales densos, olivino y cromita, que se hunden en la base de la
cámara, formando capas.
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MAGMATISMO EN DORSALES OCEÁNICAS
La remoción de estos minerales, y posteriores, desde el magma
(cristalización fraccionada) causa que el fundido residual vaya
cambiando de composición.
Una característica importante de este tipo de magmatismo, es quetoda la actividad ma mática se concentra en un área
extremadamente pequeña, que está centrada directamente en ladorsal. La zona donde la nueva corteza oceánica es formada mide sólo
10 km de ancho por 10 km de profundidad.
Sin embargo, esta zona se extiende miles de kilómetros a lo largo delas dorsales.
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OTROS CONCEPTOS IMPORTANTES
PlutonismoEs el conjunto de
procesos que conducen a
ígneas formadas bajo la
superficie terrestre, es
decir, a un plutón.
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OTROS CONCEPTOS IMPORTANTES
Cristalización fraccionadaEs la separación de cristales y fundido, causando que el magma
residual cambie progresivamente su composición. Los minerales
máficos que cristalizan tempranamente son separados por caídasgravitacionales, de modo que el magma residual se vuelve más
enriquecido en sílice, sodio y potasio.
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OTROS CONCEPTOS IMPORTANTES
Diferenciación magmáticaEs un término general para referirse a los procesos que conducen a
la diferenciación de los magmas. Incluye a procesos tales como,
cristalización fraccionada, mezcla de magmas y asimilación.
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MAGMATISMO EN FALLAS TRANSFORMANTES
El magmatismo ocurre raramente en las fallas transformantes.
En estos lugares, la generación y emplazamiento de magma
basáltico es modificada debido a las menores temperaturasinducidas por la litósfera fría adyacente.
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MAGMATISMO EN FALLAS TRANSFORMANTES
La cantidad de magma aportado a la cámara magmática bajo
la dorsal disminuye a medida que se aproxima la falla
transformante.
Algunas fallas transformantes continentales están asociadas a
volcanismo basáltico, usualmente donde se han originado
“ - ”
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MAGMATISMO EN FALLAS TRANSFORMANTES
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MAGMATISMO EN LÍMITES CONVERGENTES
El magma en una zona de subducción es generado
probablemente cuando agua desde la corteza oceánica quedesciende es liberada y se alza en el manto sobreyacente.
manto sobreyacente y genera la fusión parcial.
La diferenciación de este magma produce magmas
andesíticos, dacíticos y riolíticos que se alzan e intruyen como
plutones o extruyen para formar estratovolcanes o calderas.
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MAGMATISMO EN LÍMITES CONVERGENTES
Los volcanes en zonas de subducción alrededor del océano Pacífico
forman el “Cinturón de Fuego”.
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MAGMATISMO DE ARCOS DE ISLAS
En un mapa, la manifestación más obvia de la convergencia dedos placas oceánicas es una cadena arqueada de volcanes que
se alzan desde el fondo oceánico.
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MAGMATISMO DE ARCOS DE ISLAS
Estos volcanes se ubican a cerca de 100 km desde la fosa y a
100 km sobre la placa subductada.
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MAGMATISMO DE ARCOS CONTINENTALES
Un arco volcánico continental es una cadena de muchosestratovolcanes sobre el margen del continente.
Los volcanes activos y los plutones subyacentes se ubican a
cerca de 100 a 200 km desde la fosa.
La parte profunda del arco consiste principalmente de rocas
plutónicas que son las raíces de los sistemas volcánicos.
Los plutones se intruyen unos a otros, formando largos
batolitos lineales, que varían típicamente desde dioritas a
granitos.
Los plutones en estos ambientes son comúnmente másgrandes y más silícicos que aquellos encontrados en los arcos
de islas.
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MAGMATISMO DE ARCOS CONTINENTALES
El magmatismo a lo largo de las zonas de subducción es muydiferente de las erupciones fisurales basálticas en límites de
placa divergentes.
Los magmas generados en zonas de subducción son
característicamente, andesitas y riolitas. Son más ricos en
sílice or ende son más viscosos.
La mayor viscosidad impide que el agua disuelta en el magma
escape fácilmente para formar burbujas de gas.
Más aún, los magmas de las zonas de subducción contienenmás agua y otros volátiles disueltos que aquellos formadosen límites de placa divergentes.
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MAGMATISMO DE ARCOS CONTINENTALES
Los volátiles son sustancias que pueden ser fácilmentetransformadas en vapor, tales como el agua (H2O) o el dióxido
carbónico (CO2).
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MAGMATISMO DE ARCOS CONTINENTALES
El agua se mueve junto con la placa subductante en la formade fluido entre los poros de los sedimentos y como agua
incluida en las estructuras de los minerales formados por el
metamorfismo de las dorsales oceánicas.
La placa descendente es sujeta a temperaturas y presionesprogresivamente más altas.
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MAGMATISMO DE ARCOS CONTINENTALES
El agua se mueve junto con la placa subductante en la formade fluido entre los poros de los sedimentos y como agua
incluida en las estructuras de los minerales formados por el
metamorfismo de las dorsales oceánicas.
La placa descendente es sujeta a temperaturas y presionesprogresivamente más altas.
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MAGMATISMO DE ARCOS CONTINENTALES
Entre los 100 y 200 km de profundidad, la anfíbola ya no esestable, transformándose en nuevos minerales sin agua.
Anfíbola se desidratará para formar piroxeno, cuarzo y agua.
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MAGMATISMO DE ARCOS CONTINENTALES
Este magma híbrido (componentes de sedimentos oceánicos,basaltos oceánicos metamorfizados, peridotita de la cuña del
manto y corteza sobreyacente).
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SEGUNDA PARTE
• Volcanismo y productos volcánicos.• Tipos de erupción.• Clasificación de volcanes.
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Definición
Volcanismo: es la manifestación en superficie de un planeta o satélite, deprocesos térmicos internos, a través de la emisión en superficie de productossólidos, líquidos o gaseosos.
Decaimiento radiactivo, energía remanente de la acreción planetaria,
formación del núcleo, etc.
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Esta definición permite incluir erupciones de magmas silicatados y no
silicatados terrestres:
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Así como también lavas y nubes de azufre en Io, “flujos de lavas” de agua ensatélites con superficies congeladas, geysers de nitrógeno en Tritón, etc.
Tritón. Voyager 2
(1989)
Io. Voyager 1(1979)
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Subducción
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Círculo de fuego del Pacífico
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Subducción
Margen convergentecambio de paradigma:ridge push v/s slab pull
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Subducción
Diagrama de fases para unmagma de composiciónbasáltica (en ausencia deagua)
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Hipocentros de terremotos Volcanes Activos
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Características de los Magmas
*Composición química
• Viscosidad, densidad, temperatura• Contenido de volátiles (gases disueltos)
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En geología se diferencia entre magmas yfundidos. Un magma consiste de unfundido silicatado (la porción líquida delmagma) y componentes como cristales,fragmentos de roca y gases.Es decir, en un magma coexisten tres fases.
Un fundido silicatado consiste de una
tetrahedros de Si-O, junto con cationes(e.g., Ca2+, Mg2+, Fe2+) y aniones (e.g., OH-,F-, Cl-, S-) posicionados aleatoriamente. Ladensidad de las cadenas de Si-O, funciónde la composición, presión,y temperatura,
controla las propiedades físicas del fundido,como la densidad y viscosidad.
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Composición Química
• Elementos mayores (abundacia > 1 % en peso), menores y
trazas (usualmente reportados en ppm)
• Las clasificaciones químicas más generales de rocas ígneas
contenido de elementos mayores
• Los elementos mayores se expresan como óxido: SiO2,Na2O, K2O, CaO, FeO, MgO, Al2O
Un sistema conveniente de
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Un sistema conveniente declasificación:
Diagrama TAS Vesuvio
Llaima
Chaitén
Básico(máfico)
Intermedio Ácido(félsico)
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Sin embargo, los elementos trazacuenta una historia interesante….
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Viscosidad es una medida de la resistenciaa fluir de un fluído. Se puede ver como un
coeficiente que relaciona el esfuerzoaplicado a un fluido y la respuesta de éste:
Viscosidad
n
o
dt
dx
dt
dx
+=
=
η σ σ
σ η /Fluido
Newtoniano
FluidoBingham
donde τ ττ τ is el esfuerzo (Pa), es elgradiente de velocidad resultante en el
fluido, y η ηη η es la viscosidad.
τ η =
dx2du
dx
1
2
Sólo magmas muy fluidos (demuy alta temperatura) secomportan como fluidosNewtonianos.
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Viscosidad
La viscosidad controla la tasa de flujode magma con respuesta a un cambio
de presión y la tasa a la cual burbujas ysólidos se mueven a través del magma.
Magmas de baja viscosidad, puedenormar a ex ensos u os e ava.
Magmas viscosos, en contraste, limitanel movimiento de los gases exsueltos,quedando atrapados en el magmaascendente, expandiéndose yeventualmente dando origen aerupciones explosivas.
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Viscosidad
La viscosidad en magmas varíacon la temperatura, contenidode agua y composición, entre102 Pa s y cerca de 1011 Pa s.
9 ordenes de magnitud!!
En magmas, la viscosidad escausada principalmente por lacohesión molecular de SiO2(“polimerización”) y lapresencia de partículas sólidas(cristales).
La viscosidad se ve afectadaademás por la temperatura y elcontenido de agua (a mayoragua disuelta, el magma es
menos viscoso).
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Densidad
La densidad de los magmas decrece desde magmas
basálticos a riolíticos
Densidad _
Basalto Andesita Dacita Riolita
2.7-2.8 g/cc 2.4-2.5 g/cc 2.3-2.4 g/cc 2.2-2.3 g/cc
T
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Temperatura
Tipo de roca Temperatura (°C)
Basalto 1000-1200
Andesita 850-1100
Dacita 750-900
Riolita 650-850
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Volátiles
Volátiles, principalmente agua y dióxido decarbono, se encuentran completamente disueltosen condiciones de alta presión (ie. un magma
sub-saturado).
A medida que el magma asciende, la solubilidadde los volátiles decrece, saturándose en éstoscompues os. s com enza e crec m en os e
burbujas (vesiculación).
La profundidad a la que ocurre lo anterior,depende de la cantidad de volátiles disueltos enel magma, la solubilidad de cada especie y
facores adicionales como la presencia decristales que pueden ayudar a la formación deburbujas.
Comportamiento Efusivo vs Explosivo
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Comportamiento Efusivo vs Explosivo
Vesiculación yFragmentación
Variables importantes:Contenido de volátilesVelocidad de ascenso
- cm s en avas- omo- hasta m/s durante erupciones
Contenido de volátiles: f(p,T,X).H2O es fundamental. Solubilidad ≈ √p(si p baja a la mitad, H2O disuelta baja 70%!→ exsolución→ reacción en cadena
Cristalización tb puede inducir exsolución (fasescristalinas son generalmente pobres en H2O)
1 m3 de magma riolítico (900C), 5%H2O disuelta en profundidad (> 3km),si es llevado a superficie aumenta suvolumen en ca. 700 m3!!(mezcla de vapor y magma)
Productos Volcánicos
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Productos Volcánicos
Indice de explosividad
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Indice de explosividad
VEI (volcanic explosivityindex)escala logarítmicasemi-empíricabasada en el volumen emitido,
altura de columna, etc.
Magnitud
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Magnitud
M = log[masa kg] - 7(Pinatubo=7.1, Mt St Helens=4.5)
Mediante esta escala es posiblecomparar entre erupciones de lamisma magnitud. Además se sientan
(frecuencias). Nótese que la simpleextrapolación llevaría a una notablesobre-estimación en M8 y M9.Distintos factores envueltos en ladinámica eruptiva?
Intesidad: se refiere a la descargade magma en [kg/s o m3/s]. Laintensidad es relevante en la futuraevolución de una columna eruptiva.
Duración
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Duración
Aveces difícil de cuantificar (e.g.actividad freática previa a unaerupción, etc)
Implica que una erupción seextiende en promedio por 7
,
finaliza dentro el primer día.La mayoría de las erupcionesfinaliza transcurridos 3 mesesdesde el inicio.
Algunos volcanes permanecenactivos durante milenios!!(Estromboli, el “Faro delMediterráneo”)
Productos Volcánicos
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Productos Volcánicos
• Lavas
• Rocas piroclásticas
• Gases
El término lava se aplica a la porción de magma que ha
alcanzado la superficie durante una evento eruptivo efusivo
(= no explosivo). De acuerdo a su morfología, las lavas se
clasifican en:
1. Pahoehoe2. Aa
3. De bloques
Lavas: basálticas
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Lavas: basálticas
Las lavas pahoehoe provienen demagmas de muy baja viscosidad,y alta temperatura (típicamentebasálticos). Cada unidad de flujo
tiene un espesor bajo (centimétricoa métrico, normalmente < 1 m).
Una variedad de lavas pahoehoeson las lavas cordadas, como semuestra en la figura
Lavas: basálticas
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Las lavas pahoehoe seenfrían rápidamente,generando una costrasuperficial la cual aislatérmicamente al resto delflujo.
Esto permite, bajocondicionestopográficas
favorables, laformación de tubos delava (ejemplo, cuevasvolcánicas del volcánVillarrica)
Lavas: basálticas
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tubos de lava
Lavas: basálticas
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Lavas AaLavas Pahoehoe
Lavas: basálticas
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Vesículas y “Blisters” en lavabasáltica
“Tubos” dejados por flujos delavas en Hawaii (5 m deancho y más de 10 km delargo)
Lavas: andesíticas
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Detalle de los bloques, dondese observa la propagación deenfriamiento.
Lava de bloques del VolcánSan Pedro, Norte de Chile.
Lavas: dacíticas
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Incremento de viscosidad y formación de domos
Lavas: riolíticas
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Domos (obsidianas): bandeamiento de flujo
Lavas
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Razón de aspecto (espesor v-s área cubierta)
Lavas: morfologías
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Disyunción Columnar:perpendicular al planode enfriamiento
Levées:
Columnas Eruptivas
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Expansión
horizontal
Jet
Ascenso
convectivo
Columnas Eruptivas
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Erupción del volcán Pinatubo en 1991 (Filipinas)
Piroclastos
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• Las rocas y depósitos piroclásticos (piro =fuego; clasto = fragmento) se forman durante
erupciones explosivas en donde el magma sefragmenta.
• La fragmentación piroclástica puede originarse enla sobrepresión de fluidos asociada con un altocontenido de volátiles en el magma, o en lavaporización repentina de agua externa
interactuando con el magma
Piroclastos
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Tamaño del grano Nombre del agregado Nombre de la roca(mm) no consolidado
Redondeado Angular
Piroclasto
Clasificación según tamaño
grueso
256 bomba bloque Aglomerado (bombas) Aglomerado (bombas)fino o brecha piroclástica o brecha piroclástica
64
lapilli depósito de lapilli toba de lapilli
2 gruesa
1/16 ceniza depósito de ceniza toba cinerítica
fina
Piroclastos
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Clasificación según tamaño: bombas ybloques
Piroclastos
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Clasificación según tamaño: lapilli yceniza
Piroclastos
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Clasificación genética: juvenil y lítico(accesorio y accidental)
El material juvenil es el producto primario de una erupción piroclástica,tí icamente vidrio ómez si el ma ma es ácido o escoria si es básicoy cristales.
Los líticos accesorios son incorporados desde las paredes de la cámaramagmática, y comprenden por tanto cualquier tipo de roca que formeparte del edificio volcánico.
Los líticos accidentales son incorporados desde las faldas del volcán oincluso desde zonas distales al volcán, por donde se encaucencorrientes piroclásticos (ej. valle).
Piroclastos
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Pómez, escoria y esquirla de vidrio
Corrientes piroclásticas
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Nubes turbulentas de
gases y cenizasincandescentes.
Extremadementepeligrosos y
dificiles de predecir.
Se requiere evacuación.
Debate sobre su
naturaleza física(oleadas vs flujos)
Corrientes piroclásticas
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Gases
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Emisión pasiva v/s eruptiva
Gases
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Pre-erupción
Post-erupción
Pinatubo 1991: Inyección de material
volcánico en la alta atmósfera registradopor satélites.
Alteraciones en el clima (descenso de latemperatura global en 1°C) y en la capa
de ozono.
Gases
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Se mantiene N2
N2
Emisiones
Volcánicas
fotosíntesis
condensación
O2
océano
99% de la
atmósferaCO2
H2O
Estratovolcán y Volcán Escudo
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Calderas
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Cono piroclástico
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