ROCAS PIROCLÁSTICAS ROCAS PIROCLÁSTICAS

Y SEDIMENTACIÓN Y SEDIMENTACIÓN

EN AMBIENTES VOLCÁNICOSEN AMBIENTES VOLCÁNICOS

Luis A. Luis A. SpallettiSpalletti y Leandro y Leandro DD´́EliaEliau su s Spa ettSpa ett y ea d oy ea d o aa

Ambientes volcánicos y sedimentacióny

• Cuando los sistemas magmáticos alcanzan la superficie se manifiestan comoolcanismo Los fenómenos olcánicos prod cen n f erte impacto en lavolcanismo. Los fenómenos volcánicos producen un fuerte impacto en la

sedimentación de las cuencas.

• El tipo de cuenca (ej. rift, antepaís, pull apart, etc.), las características delp ( j p p p )volcanismo (ej. estilo eruptivo, composición y volumen) y la proximidad al áreafuente, van a determinar el impacto del volcanismo sobre el relleno En estesentido, se encuentra una gama de posibilidades, desde sucesiones volcano-dominadas (ej relleno de calderas) hasta sucesiones sedimento dominadasdominadas (ej. relleno de calderas) hasta sucesiones sedimento-dominadas,con influencia menor del volcanismo (ej. ambiente fluvial sujeto a eventualescaídas de cenizas).

•Las erupciones volcánicas pueden producir grandes cantidades de rocascoherentes (lavas) y clásticas - “volcaniclásticas” - que pueden serfragmentadas, transportadas y depositadas por una amplia variedad deprocesosprocesos.

Productos de la actividad volcánica

CONCEPTO DE

Rocas rocas volcánicas, volcaniclásticas y piroclásticas

Los productos de la explosividad Rocas piroclásticas primariasLos productos de la explosividad. Rocas piroclásticas primarias.

Las rocas piroclásticas secundarias o reelaboradas.

Roca Volcaniclástica“Todo material volcánico clástico formado por algún proceso defragmentación, dispersado por algún tipo de agente, depositado en algúnambiente o mezclado en algún porcentaje significante con fragmentos noambiente o mezclado en algún porcentaje significante con fragmentos no- volcánicos” (Fisher, 1961).

Roca Piroclástica

“Material formado explosivamente por fragmentación y trituraciónMaterial formado explosivamente por fragmentación y trituraciónvolcánica (Teruggi, 1982).

Tipos de rocas formadas ambientes Tipos de rocas formadas ambientes volcánicosvolcánicosvolcánicosvolcánicos

MecanismosMecanismos explosivos

Erupciones magmáticasErupciones hidromagmáticasErupciones hidromagmáticas

E i átiErupciones magmáticas

En estas erupciones puede haber generación de rocas piroclásticas y de rocas volcánicas.

Durante las explosiones de las erupciones magmáticas suelen ser expelidos materiales procedentes de las cámaras magmáticas (vidrio volcánico y cristales) y de los conductos volcánicos (generalmente litoclastos ) y (gvolcánicos).

Tipos de erupciones magmáticas

HAWAIANAS (lávicas básicas, bajo nivel de explosividad)

STROMBOLIANAS (lavas escasas, explosividad intermedia)

VULCANIANAS (volcanes mixtos se caracterizan por la formación de grandess mixtos, se caracterizan por la formación de grandes

aparatos volcánicos en los que alternan mantos lávicos y diversos depósitos piroclásticos)

PLINIANAS

Tipos de erupcionesTipos de erupciones magmáticas

Efusivas: Hawaiana

Explosivas:Explosivas:StrombolianaVulcanianaPliniana

ErupcionesErupcionesErupciones Erupciones explosivasexplosivas

Erupción pliniana del Vesubio en el 79 AC.Vesubio en el 79 AC.

Caracteres de una explosión

magmáticag

Monte Santa Elena (1980)

Monte Santa Elena (después de la erupción p

de 1980)

Erupción del Monte Santa Elena 1980 p

… un antes y d é !un después !

Erupción del Monte Santa Elena 1980

08:27 Vista antes del sismo de

08:32:53.3 El bloque deslizado ha descendido lo suficiente para

Secuencia de Gary Rosenquist

magnitud 5,1 ocurrido a las 08:32.

descendido lo suficiente para exponer el criptodomo magmático. Se acelera la expansión de gases en el magma y se produce la eyección de los primeros materiales.

08:32:47.0 Primero y segundo 08:33:03.7 Se expande e intensifica

la explosividad Material cognado ydeslizamientos en bloque. Comienzo del colapso del flanco norte e inicio de las avalanchas d d t it

la explosividad. Material cognado y juvenil es expuylsado. La nube de explosión lateral (flujo piroclástico) adquiere elevada velocidad y por tanto se desplaza por encima de la avalancha.de detritos. avalancha.

08:32:49.2 Dos segundos después continúa el deslizamiento y se inician las

l i

08:33:18.8 Menos de un minuto después del inicio de la avalancha de detritos, la explosión alcanza su clímax. Se ensancha el cráter por deslizamientos de bloques en el

d t l t i lexplosiones (vertical y lateral).

conducto y los materiales son expelidos verticalmente. El frente del flujo piroclástico supera completamente la superficie de la avalancha a 540 Km/h.

Erupción del Monte Santa Elena 1980

Índices de explosividad y magnitudes de glas erupciones. Su relación con el volumen de tefra expelidap

Indice de Explosividad Volcánica (VEI)

VEI 0 1 2 3 4 5 6 7 9Descripción Poco Moderadamente Descripción

general No explosiva

Poco explosiva

Moderadamente explosiva

Explosiva Explosiva Muy explosiva Muy explosiva Muy explosiva Muy explosiva

Volumen de

tefra (Km3)< 0,00001 > 0,00001 > 0,001 > 0,01 > 0,1 > 1 > 10 > 100 >1000

Alto de la pluma

menos a 100 m

100-1000 m 1-5 km 3-15 km 10 - 25 km > 25 km > 25 km > 25 km > 25 km

E til H i / V l i / Pli i / Estilo eruptivo

HawaianaHawaiana/

Estroboliana Vulcaniana

Vulcaniana/ Pliniana

PlinianaPliniana/

Ultrapliniana Ultraliniana Ultraliniana

Frecuencia Diaria Diaria Semanal Anual Cada 10 años cada 100 años cada 100 años cada 1000

años > 10000

Número de erupciones históricas

487 623 3176 733 119 19 5 2 0históricas

Ejemplos Kilauea Estromboli Galeras 1992 Ruiz 1985 Galung 1982Santa Elena

1981Krakatoa 1883 Tambora 1815

Toba 75000 años atrás

E i hid átiErupciones hidromagmáticas o surtseyanas

Efusiones en las que intervienen importantes volúmenes de agua.

Las más típicas son las freáticas en las que en la explosión no se incorpora material magmático activo. Los materiales expelidos son típicamente líticostípicamente líticos.

Vista del resultado de una erupciónVista del resultado de una erupción hidromagmática

Componentes de las rocas piroclásticas

Los componentes de estas rocas son: vitroclastos, cristaloclastos yLos componentes de estas rocas son: vitroclastos, cristaloclastos y litoclastos.

Tipos genéticos de componentes:p g pa) juveniles: son los procedentes de la cámara magmática (vidrio volcánico, cristales), b) ancestrales o cognados (comúnmente denominados accesorios): genéticamente relacionados con los procesos

l á i d d l d t l á i ( l lvolcánicos, proceden de los conductos volcánicos (por lo general, litoclastos); c) accidentales: procedentes del sustrato, pero que no tienen relación con los procesos volcánicos.

Variabilidad granulométrica de los componentes. Los litoclastos son predominantes en las fracciones más gruesas, mientras que los cristaloclastos y vitroclastos se concentran en las más finas.

El nuevo componente: vidrio volcánicoEl nuevo componente: vidrio volcánico

Material de la cámara magmática enfriado súbitamente y que por tanto no tiene estado cristalino (microscópicamente es una sustancia isótropa). Muchos lo consideran un líquido sobre-enfriado.Muchos lo consideran un líquido sobre enfriado.

El vidrio más común es el de composición ácida. Las trizas vítreas (shards) y las pumitas. Caracteres (índice de refracción, morfologías) y origen.y p ( g ) y g

El vidrio básico. Se lo conoce como sideromelano y tiene una composición basáltica (oscuro, de alto índice de refracción). Constituye las escorias (grandes fragmentos vesiculares, bombas). El vidrio básico de efusiones basálticas es transportado como delicadas fibras denominadas lágrimas y cabellos de Pele.

Vitroclastos: pómez o pumita

Vitroclastos: Trizas cuspadas

t oc astostrizas vítreas

Trizas en plato

Trizas pumíceasTrizas pumíceas

El vidrio volcánico. Material muy alterable

L lt bilid d d l id i d b á t f E t i lLa alterabilidad del vidrio se debe a su carácter amorfo. Es un material con una elevada entropía a causa de la carencia de estructura cristalina y la distribución desordenada de sus elementos constitutivos.

Su alteración puede producirse a altas y bajas temperaturas.

La alteración a altas temperaturas es muy rápida se conoce como proceso deLa alteración a altas temperaturas es muy rápida, se conoce como proceso de devitrificación y como resultado se genera un agregado microcristalino, normalmente de composición cuarzo-feldespática.

La más común alteración del vidrio a bajas temperaturas conduce a la formación de argilominerales y/o ceolitas. El producto más característico de este fenómeno de alteración del vidrio es la esmectita.

Clasificación de las rocas volcaniclásticasvolcaniclásticas

… todas las clasificaciones son fruto de la mente humana, levantando límites donde no existen en la

naturaleza, interrumpiendo el continuo de las , ppropiedades de las rocas, siendo imperfectas y

arbitrarias.

Rocas piroclásticas

Procesos volcánicos primarios

Procesos piroclásticos Hialoclastitas

primariosProcesos autoclásticos

Autobrechas (en lavas AA y en bloque)

Procesos superficiales

Procesos de resedimentación y

Rocas epiclásticas volcanigénicas

retrabajo

Clasificación granulométricag

< 0,62 mm < 2 mm 2-32 mm > 64 mm< 0,62 mmPolvo(=limo)

< 2 mmCeniza gruesa (=arena)

Lapilli (=grava fina)

Bloques y bombasformadores de aglomerados y cascajos piroclásticos(=grava gruesa)(=grava gruesa)

Clasificaciones de las piropsamitasClasificaciones de las piropsamitas

IUGS Subcomisión (1980) Teruggi et al (1978)IUGS Subcomisión (1980) Teruggi et al. (1978)

Los depósitos piroclásticosLLUVIAS O CAÍDAS DE TEFRA

FLUJOS PIROCLÁSTICOS

Procesos de acumulación de las rocas i lá tipiroclásticas

• Depositación de materiales originados por una erupción volcánica con un tipo de fragmentación explosiva.

• Clasificación genética en función del mecanismo de transporte:

Depósitos de caída piroclástica

Depósitos producidos por agentes superficiales:

Depósitos de flujos piroclásticos (ignimbritas)Depósitos de corrientes piroclásticas (surges, oleadas)

Depósitos piroclásticos de caída o lluvias de tefra (Cas y Wright, 1987)

• Depósitos formados por decantación suspensiva luego de que el material ha sido eyectado explosivamente desde una boca eruptiva en una columna eruptiva ascendente.

Características de un depósito de caída o de lluvia de tefra

• Los fragmentos mayores son eyectados balísticamente, se depositan en zonas proximales y se denominan clastos balísticos o eyectos y comprenden a bloques, bombas y lapillos.

• La mayor parte del material es transportado por la pluma eruptiva. La movilización es altamente selectiva, especialmente por granulometría. Los polvos volcánicos pueden desplazarse en suspensión por miles de kilómetros.

• Diseño en planta de los depósitos, desde circular a elíptico, según la influencia de los vientos.

• Se muestran con disposición mantiforme.p

• Presentan cambios de composición en sentido areal y en sentido vertical. Ello es debido a la estrecha relación entre la granulometría y la composición, y entre el proceso de vaciamiento de las cámaras magmáticas y la composición, respectivamenterespectivamente.

Características de un depósito deCaracterísticas de un depósito de caída o de lluvia de tefra

• Los depósitos pueden ser subaéreos o subácueos.

• Controlados por la gravedad y su depositación es partícula a partícula.

• Generalmente inconsolidados y presentan gradación normal de componentes.

• Son generalmente clasto soportados• Son generalmente clasto-soportados.

• Las facies están definidas por cambios en la granulometría y tipo de componentes.

Características de un depósito de pcaída o de lluvia de tefra

Depósitos primarios producidos por laDepósitos primarios producidos por la acción de agentes superficiales generados durante explosionesgenerados durante explosiones

volcánicas(tradicionalmente depósitos de flujo)(tradicionalmente depósitos de flujo)

FLUJOS DENSOS O FLUJOS PIROCLÁSTICOS

FLUJOS INFLADOS, SURGES U OLEADAS PIROCLÁSTICAS

Flujos piroclásticosFlujos piroclásticos (Cas y Wright, 1987)

• Es un mecanismo caracterizado por alta concentración de materiales piroclásticos dispersados en gas (relación partículas/gas > 1).• Posee alta fluidez (exsolución) por la actividad de fluidos.Posee alta fluidez (exsolución) por la actividad de fluidos.• Está controlado por la gravedad. • El flujo es una corriente de densidad caliente, muchas veces incandescente. • El mecanismo principal para la generación de un flujo piroclástico es el• El mecanismo principal para la generación de un flujo piroclástico es el colapso de la columna eruptiva. También se pueden producir por derrames o nubes ardientes o de cenizas, previas o sincrónicas a la generación de la columna eruptiva.• Su desplazamiento es rápido (más de 200 km/h) y pueden recorrer distancias de más de 100 km. Ello depende del factor inercial y de la topografía.

Características generales de los depósitosCaracterísticas generales de los depósitos de flujos piroclásticos

• Se conocen como depósitos ignimbríticos. Presentan una composición preferentemente silícea. • Los depósitos resultantes son generalmente masivos o pobrementeLos depósitos resultantes son generalmente masivos o pobremente estratificados.• La granulometría va desde piropsefítica a piropsamítica. Poseen esqueleto quebrantado, selección pobre (desviación standard superior a 2) y no experimentan mayores cambios de textura con la distancia.• La elevada temperatura (supera los 550º C) hace que con frecuencia se presenten soldados, aunque también hay depósitos no soldados. Los depósitos con soldamiento poseen textura eutaxítica fiammes y concentrados decon soldamiento poseen textura eutaxítica, fiammes y concentrados de obsidiana, así como disyunción columnar hasta estructura en rampa.• La superposición de depósitos de flujos incandescentes puede generar el desarrollo de unidades de enfriamiento más potentes.desarrollo de unidades de enfriamiento más potentes.

Ignimbritas soldadas y no soldadas

I i b it ld dIgnimbrita no soldada

Ignimbrita lapillítica no soldadas

Flujos inflados (surges) u oleadas piroclásticas

Pueden estar relacionados con los flujos densos. En general estos surgesj g gpreceden o son ulteriores al clímax de actividad de los flujos densos.

Por otra parte, son los típicos depósitos de las explosiones hidromagmáticas.

El material viaja en estado altamente fluido, favorecido por la presencia de una elevada cantidad de agua y de vapor de agua. Las velocidades de desplazamiento oscilan entre los 100 y los 200 km/h.

Los depósitos de surge (también denominados hialoclásticos) son t í ti t ld d b d d l ió Lcaracterísticamente no soldados y con buen grado de selección. La

granulometría va desde piropsefítica a piropsamítica (ésta última es más frecuente). Las estructuras sedimentarias primarias reflejan el muy alto régimen de los flujos (estructuras monticulares y capas planas), así como la g j ( y p p ),depositación súbita de los materiales (estructuras de escape de fluidos en platos).

Características de depósitos de surges piroclásticos o flujos piroclásticos diluidospiroclásticos o flujos piroclásticos diluidos• Cubren la topografía con forma de manto, pero tienden a acumularse en d idepresiones con mayor espesor.

•Formas de capa unidireccionales:1. Estratificación entrecruzada de bajo ángulo2. Dunas3. Dunas escalantes4. Chute and pool

•Presencia de conductos de desgasificación

•Enriquecidos en cristales y líticos

•Las láminas se encuentran bien ordenadas

Depósitos de oleada piroclástica o surge

Depósitos de oleada piroclástica o surgeg

DiferenciasDiferencias entre flujos

piroclásticos ypiroclásticos y surges

Rocas volcaniclásticas secundarias -i lá ti l i é iepiclásticas volcanigénicas -

retrabajadas y resedimentadas

• Son el producto de la depositación de materiales originados por la resedimentación l t b j (f t ió t i ió ) d d ó it / t i lo el retrabajo (fragmentación por meteorización) de depósitos y/o materiales

piroclásticos primarios.

• Al igual que los depósitos epiclásticos relacionados a cuencas sin o con poca g q p p pactividad volcánica, los depósitos volcaniclásticos secundarios (epiclásticos volcanigénicos) son generalmente transportados por flujos gravitacionales de sedimentos (ej. depósito de flujo de detritos), corrientes ácueas (ej. depósito de flujo diluido en condiciones de bajo régimen de flujo por migración de duna 2D) o por eldiluido en condiciones de bajo régimen de flujo por migración de duna 2D) o por el viento (depósitos de eolianitas).

Concepto de tufolita y tufitaConcepto de tufolita y tufita.

• Tufolita: roca volcaniclástica secundaria producto del retrabajo o reelaboración de tefras y piroclastitas sin mezclas con otro tipo de detritos. Está enteramente constituida por material piroclástico primario que fue removilizado Granulométricamente se reconocen tufopsefitas tufopsamitasremovilizado. Granulométricamente se reconocen tufopsefitas, tufopsamitasy tufopelitas.

• Tufita: roca volcaniclástica secundaria en la que además de materiales piroclásticos retrabajados o reelaborados participan otros detritos sedimentarios epiclásticos. Estas rocas de mezcla pueden subdividirse en ortotufitas (menos del 50% de material epiclástico no volcánico) y paratufitasortotufitas (menos del 50% de material epiclástico no volcánico) y paratufitas(más del 50% de dicho material).

Vinculación entre rocas piroclásticas psecundarias y primarias

Existe una estrecha vinculación entre las rocas piroclásticas primarias, tanto formadas por procesos de caída como de flujo piroclástico, con las rocas piroclásticas secundarias.p

En los ambientes volcánicos es muy característica la asociación entre depósitos secundarios y depósitos de flujos piroclásticos.

El retrabajamiento en las áreas volcánicas puede producirse por una amplia gama de agentes de transporte, desde corrientes de agua hasta flujos gravitacionales de sedimentos que poseen elevada viscosidad, gran velocidad (hasta 200 km/h) y alcanzan distancias apreciables (hasta 40 km).(hasta 200 km/h) y alcanzan distancias apreciables (hasta 40 km).

Mecanismos de transporte típicos de depósitos volcaniclásticos secundarios

Definición práctica de LaharActualmente se acepta el uso del vocablo lahar en referencia al procesoproceso y no al depósito.depósito.

ÁSe lo define como: Se lo define como: “UN FLUJO ESCENCIALMENTE CONTEMPORÁNEO A LA ERUPCIÓN PRODUCTO DE ALGUN TIPO DE DESESTABILIZACIÓN DE MATERIAL PIROCLÁSTICO PREVIAMENTE DEPOSITADO”

Nótese que un lahar posee un rango de concentración de materiales que lo lleva a comportarse variablementecomportarse variablemente como un flujo de detritos hasta un flujo hiperconcentrado.

Depósitos laháricos

Principales causas que generan p q glahares

• Fusión de casquetes de nieve eterna o glaciares en las cumbres de volcanes (Nevado de Ruiz, 1985; Cotopaxi, 1867).( )

• Lluvias infrecuentes en pendientes inestables.

• Inestabilidad de taludes.

• Sismicidad asociada a la erupción.

Flujo de detritos en Armero (Colombia)

Flujo de detritos en Armero (Colombia)

Flujo de detritos en el Volcán Casita, Nicaraguag

Depósitos de avalancha de detritos del volcán Santa Elena 1982del volcán Santa Elena 1982

Estructuras monticulares (hummocky)en depósitos de avalanchas de detritosen depósitos de avalanchas de detritos

Depósitos avalanchas de detritos

Diferencias entre depósitos de avalanchas y laharesy lahares

Avalanchas Lahares

• Presencia de hummocks• Clastos con estructura en rompecabezas

• Rara vez muestran hummocks• Depósitos masivos, gradados o con estratificación internarompecabezas

• Homogeneidad textural de los clastos volcánicos• Espesores de decenas de metros

estratificación interna• Polimícticos o monomícticos con heterogeneidad textural de los clastos.• Generalmente poco espesor (del p

• Clastos de decenas de metros de diámetro• Depositación por flujos granulares

p p (orden de metros) • Depositados por flujos de detritos o flujos hiperconcentrados

dilatantes

Ambientes volcánicos y sedimentaciónAmbientes volcánicos y sedimentación

La sedimentación dentro de una cuenca resulta de la relación entre lad ió l t l t b j l t d d ió d iacomodación, el aporte, el retrabajo y la tasa de producción de organismos.

• Tasa de acomodación (espacio disponible) = tectónicaT d t t tó i t l d l b t (b d k) li• Tasa de aporte = tectónica + naturaleza del basamento (bedrock) + clima +

quimismo de las aguas

Ambientes volcánicos y sedimentaciónAmbientes volcánicos y sedimentación

La generación de aparatos volcánicos influye sobre el relieve y el gradiente de los ambientes sedimentarios.

El aporte deja de ser parte del ciclo levantamiento erosión transporteEl aporte deja de ser parte del ciclo levantamiento-erosión-transporte.

Se generan grandes volúmenes de materiales volcaniclásticos en cortos períodos de tiempo.

El volcanismo produce disminución de la cobertura vegetal.

El volcanismo genera movimientos sísmicos y alteración hidrotermalEl volcanismo genera movimientos sísmicos y alteración hidrotermal.

Modelos de Facies en ambientes volcánicos

Los modelos de facies están relacionados con el tipo de ambiente volcánico y la proximidad o lejanía del centro efusivo.

En zonas proximales las facies volcaniclásticas están vinculadas directamenteEn zonas proximales las facies volcaniclásticas están vinculadas directamente a los aparatos volcánicos (ej. calderas o estratovolcanes). Aparecen asociaciones constituidas por depósitos de flujo piroclástico, de caídas proximales (depósitos de eyectos), y de lahares y avalanchas.

En zonas distales los modelos de facies pueden ser de ambientes sedimentarios clásicos (fluviales, lacustres, etc.) pero con particularidades debidas a la influencia del volcanismo Por ejemplo en un ambiente fluvial eldebidas a la influencia del volcanismo. Por ejemplo, en un ambiente fluvial el volcanismo puede modificar el patrón de canales o la tasa de agradación en la planicie de inundación).

Ejemplo de modelos de facies en condiciones sineruptivas e intereruptivascondiciones sineruptivas e intereruptivas

Metodología de trabajoMetodología de trabajo

1. Datos relevantes sobre los procesos eruptivos

2. Descripción del depósito

3. Caracterización de las facies y de las asociaciones de facies

Datos relevantes sobre los procesos tieruptivos

Observaciones de campo:p

1. Componentes del depósito2. Estructura volcánica

Observaciones posteriores:

1. Tipo de fragmentación2. Propiedades físicas y químicas del magma

Descripción del depósitoDescripción del depósito

(a) Identificación de los componentes

(b) Tamaño y forma de los componentes

(c) Disposición de los componentes

(d) Alteración

Análisis de facies

1. Litología

2 E t t t ti l l i ét i d b t h2. Estructura externa: tipo, escala y relaciones geométricas de base y techo

3. Ordenamiento vertical y fábrica de los distintos componentes

4. Estructuras sin-deposicionales y pos-deposicionales

5 Geometría general del depósito relación con la topografía5. Geometría general del depósito, relación con la topografía

6. Desarrollo areal y volumen

7. Definición de facies

8. Definición de asociaciones de facies y de unidades de acumulación y(D´Elia, 2010)