Geógrafo / No autorizada para ser publicada en el Portal de Tesis Electrónicas de la U. de Chile.

Geóloga / El principal objetivo de este trabajo es modelar los lahares que se generan en el flanco Norte del volcán Villarrica, por medio de los programas computacionales LAHARZ y RAMMS, los cuales están diseñados para reproducir los patrones de inundación de distintos tipos de flujo. Estos se calibraron con datos empíricos del volcán para el desarrollo de este estudio. Se eligió el Volcán Villarrica para este trabajo debido a que es uno de los volcanes más activos de Sudamérica, y se mantiene en constante monitoreo, por estar cerca de varias localidades, entre ellas Pucón, una ciudad turística de 33.000 habitantes. Esta ciudad se ubica sólo a 15 km del cráter del volcán y los principales cauces que se dirigen a las zonas aledañas son el río Turbio, el río Pedregoso y el estero Zanjón Seco. La metodología que se utilizó en este estudio fue el uso de varios escenarios de simulación, en los que se emplearon dos modelos de elevación de terreno topográficos, uno con curvas de nivel cada 30 m (baja resolución) y otro con curvas de nivel cada 10 (alta resolución). Los volúmenes que se consideraron para los lahares variaron entre 10x106 y 40x106 m3. Se utilizaron dos métodos de liberación del material de los lahares, uno consistente en la liberación del total del volumen en un único pulso, y el otro en la liberación de varios pulsos hasta alcanzar un volumen total determinado. Con este último método se va variando la topografía con cada nueva descarga. En las simulaciones realizadas en LAHARZ con varias oleadas por el estero Zanjón Seco, los flujos con volúmenes de más de 2.5x106 m3 alcanzan el flanco Este de la ciudad de Pucón. En contraste, en RAMMS los flujos con volúmenes superiores a 1.5 x106 m3 produjeron patrones similares. De este modo, en términos generales se observa que las simulaciones con pulsos en LAHARZ abarcan más áreas. En cambio, en las simulaciones realizadas en RAMMS no se ven diferencias entre las simulaciones con ambos métodos de descarga. Además, las áreas de inundación obtenidas con los mismos volúmenes en RAMMS son más extensas que las producidas con LAHARZ. Los resultados indican que los lahares de un volumen mayor o igual a 10x106 m3 presentan problemas (simulaciones incompletas o patrones segmentados) debido al gran volumen de información procesada, en especial dentro del DEM de alta resolución. Es por esto que para analizar lahares o flujos de volúmenes similares, no sería provechoso el uso de un DEM de mayor resolución. Finalmente, se obtiene del análisis de los modelos computacionales que las simulaciones que mejor aproximaron los patrones que han seguido los lahares históricamente, son las producidas en RAMMS. Si se comparan los resultados obtenidos con dicho programa y el mapa de peligros se puede notar que las áreas de peligro alto y muy alto son las mismas que determinan los resultados de las simulaciones con los volúmenes entre 10x106 y 20x106 m3. Además la ventaja que tiene este programa es que las ecuaciones de simulación involucran la física del flujo en estudio, por lo que se obtiene además información de las velocidades y alturas de ellos. Para el caso en estudio la máxima velocidad que alcanzarían los flujos es de 25 m/s, la altura de 25 m y el tiempo de llegada mínimo a la ciudad de Pucón sería de 43 minutos.

Magíster en Ciencias, Mención Geología / Geólogo / La mayor parte de los centros eruptivos menores de los Andes del sur están ubicados sobre la Zona de Falla Liquiñe-Ofqui (ZFLO), una estructura mayor (>1000 km de extensión) de rumbo NS, y cercanos a volcanes mayores: los estratovolcanes. Sin embargo, las relaciones genéticas entre estos dos tipos de volcanismo es, todavía, pobremente conocido. Esta contribución compara parámetros composicionales y condiciones de presión y temperatura pre- y syn-eruptivas entre las lavas basálticas de los Centros Eruptivos Menores Caburgua-Huelemolle (CEMCH) y la lava andesita-basáltica de la erupción de 1971 del Volcán Villarrica, ubicado a 10 km de los CEMCH. Olivinos y clinopiroxenos se encuentran como fenocristales y formando parte de cúmulos cristalinos de las lavas estudiadas. No muestran marcadas diferencias composicionales, excepto por la composición más dispersa de los clinopiroxenos. Los fenocristales de olivino comúnmente tienen inclusiones de Cr-espinelas. Los fenocristales de plagioclasas se encuentran como fenocristales de 0.7 a 2.0 mm de largo o como microlitos en una matriz sin vidrio. Dos grupos de fenocristales de plagioclasa se identificaron en la lava de 1971 basados en el tamaño de los cristales, texturas de desequilibrio y patrones de zonación. Los microlitos de plagioclasa ocupan ~ 85 % del volumen de la masa fundamental. Las temperaturas pre-eruptivas del reservorio tipo CEMCH está entre 1162 y 1165 ± 6 °C y a presiones entre 7.7 y 14.4 kbar, lo que implica la existencia de un reservorio profundo, fueron obtenidas por geotermobarometría en olivino-clinopiroxeno. Probablemente el reservorio se ubica en el límite corteza manto (10 kbar). Además se obtuvieron escalas de tiempo a partir de los patrones de zonación de los cristales de olivino a partir de condiciones inferidas de un reservorio usando MELTS. Las mínimas escalas de tiempo van entre 11.3 y 78 días y solamente pueden ser explicadas por la presencia de al menos un reservorio en la corteza superior, de otro modo el magma en ascenso se solidificaría antes de llegar a la superficie. Los máximos intervalos de tiempo de la formación de la zonación de los cristales de olivino es de 121 días, lo que representaría el máximo tiempo de residencia en el reservorio de la corteza inferior. Por otro lado, los fenocristales de la lava de 1971 del Volcán Villarrica tienen registros de dos etapas o pausas en el ascenso de magma hasta la superficie: 1,208 ±6 °C y 4.6 - 9.8 kbar (reservorio profundo) y 1,168 - 1,175 ±6 °C y ≤ 0.54 kbar (reservorio de poca profundidad). En este último, un calentamiento previo a la erupción de 1971 del Villarrica es grabado en los bordes más anortítitcos de los fenocristales de plagioclasa. Los tiempos de residencia de los CEMCH, de máximo 121 días, son mucho más cortos que aquellos calculados para el Volcán Villarrica, que sería del orden de décadas. La presencia de la ZFLO bajo los centros eruptivos menores facilitaría el ascenso de magmas y disminuiría el tiempo de residencia de los magmas en la corteza.

En el presente trabajo se determinaron las características glaciológicas del volcán Villarrica en el Último Máximo Glacial (UMG), la Pequeña Edad del Hielo (PEH) y el presente. La estimación del volumen de hielo y de otras variables glaciológicas (altitud línea de equilibrio, área, longitud, espesores) se realizó a través de la confección de un modelo que tiene como principales indicadores de construcción a ciertas condiciones del flujo del hielo y la evidencia geomorfológica. Con las condiciones glaciológicas actuales se calibró dicho modelo y se proyectaron hacia el pasado las variables que integran el modelo.

Geólogo / La erupción de 1971 del volcán Villarrica tuvo una duración de dos días en los cuales se produjeron dos coladas de lava que fluyeron por el Valle pedregoso y por el valle del Chaillupén, con extensiones de 6 y 14 km, respectivamente. La actividad previa estuvo marcada por desgasificación aproximada de dos meses. El flujo de lava más extenso (valle del Chaillupén) constituyó una colada de tipo Aa. Esta colada fue muestreada con la intención de establecer una relación entre la cristalización sin-posteruptiva y la desgasificación. Para este estudio se extrajeron muestras de distintos horizontes verticales y de dos lugares distintos del flujo. Uno proximal en un levee y otro distal en un frente de lava. De estas muestras se obtuvieron imágenes de piroxenos, plagioclasas y óxidos de hierro-titanio mediante un microscopio electrónico de barrido FEIQuanta 200MK2 SEM. Para la caracterización de las vesículas se utilizaron imágenes fotográficas de las muestras. Las imágenes fueron modificadas mediante el software INCA y analizadas utilizando el software JMicroVision y CSD corrections. Se encontraron CSD convexos en las fases de plagioclasa y piroxenos, no así en la de óxidos de hierro. Los BSDs presentan convexidades más pronunciadas, con poblaciones de vesículas considerablemente menoress que los CSDs. Para analizar estos CSDs se utilizaron diagramas bilogarítmicos y de función de distribución acumulada. Los diagramas de distribución de cristales utilizados permiten señalar que la distribución de plagioclasas en ambos set es fractal mientras que la de piroxeno es lognormal. En el caso de plagioclasa, las dimensiones fractales encontradas se condicen con una fuerte correlación entre las variables involucradas (log tamaño-log población) y una baja complejidad. La tasa de crecimiento utilizada entrega tiempos que se adecúan al escenario geológico ocurrido en la erupción del volcán Villarrica. Por otro lado, los BSDs permiten comprender el principal mecanismo de crecimiento de burbujas en la colada de lava, siendo este la coalescencia. Si bien las poblaciones de plagioclasa y vesículas siguen distribuciones fractales dadas por una ley potencia, no es posible establecer ninguna relación temporal significativa entre ambas, para sortear este problema se proponen dos alternativas, aumentar el tamaño de las vesículas estudiadas y disminuir el tamaño de cristales a un valor significativo, cinéticamente hablando. / Este trabajo ha sido financiado por el Centro de excelencia en geotermia de los Andes, CEGA

Geólogo / Las manifestaciones termales ubicadas en torno al volcán Villarrica fueron estudiadas con el fin de analizar los procesos que las afectan y establecer las condiciones de equilibrio en pro-fundidad de los mismos mediante el uso de técnicas estadísticas. Para el cálculo de las tem-peraturas se utilizó el software GeoT, el cual es capaz de determinar con mayor certidumbre las temperaturas subsuperficie de las manifestaciones termales que las herramientas de geo-termometría clásica. El análisis jerárquico permite establecer que la influencia volcánica ejerce un control mayor sobre la química de las manifestaciones termales, no así la litología dominante, que pasa a un segundo plano. Además, existe un grupo que guarda una gran relación con el agua meteóri-ca. Por otro lado, el análisis de componentes principales (ACP) revela los principales proce-sos que explican la varianza de la geoquímica de las aguas termales, como lo son la interac-ción agua-roca y una fuente profunda de HCO3, posiblemente un gas rico en CO2. Por otro lado, el ACP indica que existe otro proceso que aporta sílice al sistema distinto a la interac-ción agua-roca, representado por las variables de temperatura y pH. En cuanto a la geotermometría, el geotermómetro de sílice fue corregido por pH y dilución a modo de representar mejor las condiciones en profundidad. Estos resultados no concuerdan con los obtenidos a partir de geotermómetros de cationes, en donde Na/K tiende a sobrees-timar las temperaturas, y K/Mg y Na-K-Ca a subestimarla, pero presentan una buena corre-lación con los resultados de la geotermometría multicomponente obtenidos mediante GeoT, que se asumen como los más representativos. Así, las mayores temperaturas se encuentran en las manifestaciones termales en torno al volcán, con rangos entre 130 - 150°C, mientras que las manifestaciones ubicadas al norte de este presentan rangos de 90 - 110°C. Por otro lado, las manifestaciones termales de la zona sur tendrían temperaturas en profundidad de 105 - 115°C. Las áreas termales con mayor temperatura estimada presentan las mayores ra-zones de B/Cl del área de estudio y se encuentran vinculadas a las fallas transversales andi-nas. Los resultados obtenidos indican que estas herramientas pueden ser utilizadas de manera exitosa para interpretar procesos y condiciones de subsuperficie de las manifestaciones ter-males, aunque es recomendable ampliar el número de muestras para que los métodos esta-dísticos adquieran mayor robustez y constreñir los parámetros que requiere GeoT a modo de tener mayor fiabilidad en las temperaturas estimadas.

La Ignimbrita Pucón (3.6 ka BP, 3.3 km3, 1.8 km3 DRE) es una secuencia complicada y bien preservada de depósitos de corrientes de densidad piroclástica en su mayoría, de composición juvenil basáltico-andesítica (54-56% SiO2), emitida por la mayor erupción Holocena del Volcán Villarrica (Chile). Trabajo de terreno, junto con la determinación de parámetros físicos y químicos (tamaño y conteo de granos, medidas de densidad, análisis textural, estimaciones de contenido de microlitos, dataciones 14C, análisis de elementos mayores y en trazas por roca total, y análisis de elementos mayores, S, Cl and F del vidrio de la matriz), nos permitieron reconstruir la arquitectura de facies del depósito y entender la dinámica de la erupción. Previo a la erupción Pucón, lavas y/o domos basáltico-andesíticos a riolíticos, subglaciales y de edad desconocida, estaban presentes cerca o en la cumbre. Fueron fragmentados al comienzo de la erupción Pucón, proporcionando abundantes clastos densos con disyunción prismática y esquirlas de ceniza densa a la Ignimbrita Pucón. Luego de un período de reposo máximo ~400 años, la erupción Pucón comenzó con una caída estromboliana o subpliniana violenta (0.1 km3 de magma, VEI=3-4) la cual evolucionó rápidamente hacia un peligroso mecanismo generador de ignimbrita (P1). Múltiples flujos piroclásticos (20% del volumen total) cubrieron ~180 km2 de los flancos oeste y norte del volcán hasta 15 km de la cima actual. Una pequeña oleada de base fue seguida por cerca de diez fuertes explosiones vulcanianas. Una profundización progresiva del nivel de fragmentación acompañó P1. Flujos piroclásticos ricos en líticos fueron principalmente confinados a los valles con oleadas subordinadas, y seguidos por la emisión en rápida sucesión (pipas de desgasificación atraviesan los contactos) de al menos ocho flujos piroclásticos altamente concentrados y en su mayoría ricos en material juvenil. Durante una pausa en la actividad eruptiva (¿varias semanas a meses?), los depósitos de P1 se enfriaron bajo la temperatura necesaria para la carbonización de la madera (~200°C) y el reservorio fue recargado por un nuevo pulso de magma más básico. Erosión y ensanchamiento del conducto en áreas diferentes y más extensas que durante la fase P1, proporcionaron a los flujos piroclásticos de P2, una nueva asociación de fragmentos de lava basálticoandesíticos a riolíticos. Durante la segunda fase P2 (¿unos pocos días?), voluminosos flujos piroclásticos y oleadas menores fueron depositados alrededor de todo el volcán (80% del volumen total), cubriendo ~530 km2 hasta 21 km de la cima actual. Este incremento en la intensidad eruptiva estuvo caracterizado por la abrupta aparición de abundantes granitoides del basamento como clastos libres y como inclusiones en las escorias (inclusiones de granitoides parcialmente fundidos con vesículas, pero también variedades angulosas de granitoides no fundidos). Esto sugiere que rápidamente después del comienzo de esta fase, una alta velocidad de descarga de magma hizo bajar el nivel de fragmentación dentro del basamento de granitoides, probablemente acompañado por la fase culminante de colapso caldérico y hundimiento del techo de granitoides dentro del reservorio de magma. La parte turbulenta frontal de estos flujos, de tipo onda expansiva, fue seguida por al menos tres flujos piroclásticos de alta energía emitidos en sucesión rápida, formando espesos rellenos en los valles y un registro completo en los interfluvios. Los flujos inestables de concentración alta a intermedia (estratificación difusa y enormes marcas de fondo), cizallaron y sobreescurrieron los estratos subyacentes, formando discordancias angulares. Entonces, flujos piroclásticos negros ricos en juveniles, emitidos al sureste del volcán, fueron rápidamente seguidos por al menos dos oleadas ricas en líticos (pipas de desgasificación atraviesan el contacto). Estas se distribuyeron alrededor de todo el volcán con una importante depositación en los interfluvios. Durante la fase final declinante, tres flujos piroclásticos fueron emitidos hacia el flanco norte e inmediatamente inundados por varias olas de lahares. Un nuevo ciclo de erupciones estrombolianas vigorosas a subplinianas y explosiones freáticas/freatomagmáticas, comenzó luego de pocas temporadas de lluvia después de la descarga del último flujo piroclástico de la erupción Pucón. El magma de Pucón fue probablemente lo suficientemente rico en volátiles en profundidad como para exsolver e impulsar fragmentación magmática. Desgasificación de baja presión y rápida cristalización de microlitos podrían explicar los clastos densos, más que enfriamiento instantáneo por agua externa, la cual a su vez pudo jugar un rol en pulverizar abundante roca de los márgenes del conducto progresivamente ensanchándolo. Este efecto pudo haber sido mayor al comienzo de P1 y P2, y luego decrecer, debido al derretimiento progresivo del glaciar. A pesar de ser poco frecuente a escala humana, de ocurrir hoy, una erupción del tamaño de Pucón (IEV=5) amenazaría ~15,000-40,000 personas directamente por corrientes de densidad piroclástica e incluso más por lahares y caídas de ceniza asociados. La evolución de la erupción Pucón muestra que un violento episodio de tipo ignimbrítico (P2), de corta duración pero gran magnitud, catastrófico a escala regional, puede ocurrir después de una pausa de varias semanas a meses, luego de un período de importante actividad piroclástica (P1). En el caso de la erupción Pucón, esta pausa marcó una fase de ajuste en los conductos en profundidad más que el fin de la erupción, lo cual debiera considerarse durante el monitoreo de un evento similar hoy. / The Pucón Ignimbrite (3.6 ka BP, 3.3 km3, 1.8 km3 DRE) is a well preserved and complicated sequence of mostly pyroclastic current deposits with basaltic andesitic juvenile composition (54-56% SiO2) emitted by the largest Holocene eruption of Villarrica Volcano (Chile). Fieldwork, together with the determination of physical and chemical parameters (grain-size, counting, density measurements, textural analysis, microlite content estimations, radiocarbon dating, whole-rock major and trace element analyses, and matrix glass composition of major elements and S, Cl and F), allowed to reconstruct the facies architecture of the deposit and to understand the dynamics of the eruption. Prior to the Pucón eruption, the volcano summit was covered by an extensive ice cap and subglacial basaltic-andesitic to rhyolitic lava domes and/or flows of unknown age were present near or at the summit. They were fragmented at the onset of the Pucón eruption generating abundant dense prismatically-jointed clasts and dense ash shards that were incorporated by the subsequent Pucón products. Following a maximum repose period of ~400 years, the Pucón eruption started with a violent strombolian or subplinian fallout (0.1 km3 of magma, VEI=3-4) which rapidly evolved towards a hazardous ignimbrite-forming mechanism (P1). Multiple pyroclastic flows (20% of the total volume) covered ~180 km2 of the western and northern flanks of the volcano up to 15 km from the present-day summit. A small base surge was then followed by about ten powerful vulcanian explosions. A progressive deepening of the fragmentation level accompanied P1. Lithic-rich pyroclastic flows were mostly valleyconfined with subordinate surges and followed by the emission in rapid succession (degassing pipes traverse the contacts) of at least eight highly-concentrated mostly juvenile-rich pyroclastic flows. During a pause in eruptive activity (several weeks to months?) the P1 deposits cooled below the temperature necessary for charcoalization of wood (~200°C) and reservoir replenishment by a more basic magma batch occurred. Vent erosion and widening in different and more extensive areas than during P1 phase, provided the P2 flows of a new assemblage of basaltic-andesitic to rhyolitic lava fragments. During the second phase (P2, less than a few days?) voluminous pyroclastic flows and minor surges were deposited all around the volcano (80% of the total volume), covering ~530 km2 up to 21 km from the present-day summit. This increase in the eruptive intensity is characterised by the abrupt appeareance of a significant proportion of basement granitoids as free clasts and inclusions in scoria (vesicle-bearing and partially-melted granitoid inclusions, but also angular, non-melted ones), suggesting that very rapidly after the start of this phase, a high magma discharge rate caused the fragmentation level to fall within the granitoid basement, probably accompanied by the climactic phase of caldera collapse and stoping of granitoid roof material into a magma reservoir. The turbulent, blast-like leading edge of these flows was followed by three or more high-energy pyroclastic flows followed in rapid succession, forming thick valley ponds and a complete interfluve record. The unsteady flows of high- to intermediate-concentration (diffuse stratification and huge bed forms) formed angular unconformities, shearing and thrusting the underlying strata. Then, black juvenile-rich pyroclastic flows to the southeast of the volcano were rapidly followed by at least two lithic-rich surges (degassing pipes traverse the contact) distributed all around the volcano with important slope deposition. During a final waning phase, three lithic-rich pyroclastic flows were emitted on the northern flank, immediately inundated by several lahar waves. A new cycle of vigorous strombolian to subplinian eruptions and phreatic/phreatomagmatic explosions started no more than a few rain seasons after the discharge of the final pyroclastic flow. Pucón magma was probably sufficiently rich in volatiles at depth to exsolve and drive magmatic fragmentation. Low-pressure degassing and rapid microlite crystallization could explain the dense clasts, rather than quenching by external water which may have played a role in pulverizing abundant rock from the conduit margins progressively widening the conduit. This effect could have been the greatest early on P1 and P2, and then decreased because most of the summit glacier and snow had then melted. Even infrequent on a human timescale, if a Pucón-sized eruption (VEI=5) occurred today, approximately 15,000-40,000 people would be directly threatened by pyroclastic currents and even more by associated lahars and ash falls. The evolution of the Pucón eruption shows that a violent ignimbritetype episode (P2), of short duration but large magnitude, catastrophic on a regional scale, can occur after a pause of several weeks to months following a period of already important pyroclastic activity (P1). This pause marked an adjustment phase of the plumbing system, rather than the end of the eruption, as could be assumed during monitoring of a similar event today.

Geólogo / En la zona norte del volcán Villarrica las unidades más relevantes en términos de dimensiones y de poder albergar sistemas hidrotermales son: 1) El Batolito Norpatagónico compuesto principalmente por granitoides del Cretácico y Mioceno 2) Las unidades volcánicas y volcanoclásticas del Cenozoico tales como las que se encuentran en la cuenca de Curamallín (Oligoceno-Mioceno), las cuales prácticamente desaparecen al sur del volcán. Por otro lado hay distintos procesos que pueden afectar la composición de las aguas termales: mezcla, ebullición, interacción con vapores o fluidos de origen magmático, distintas fuentes del fluido que compone el reservorio, cambios de temperatura, entre otros, pero uno de los procesos más importantes que determina dicha composición es la interacción química con las unidades de roca que albergan al reservorio hidrotermal. En este trabajo se plantea que la composición de los fluidos hidrotermales está importantemente controlada por procesos de interacción calor-fluido-roca con las unidades volcánicas y volcanoclásticas anteriormente mencionadas, por esto, con el objetivo de determinar la relevancia de los procesos de interacción con dichas rocas, se han realizado experimentos de alteración en sistemas cerrados a temperatura constante en un reactor químico. Junto con esto, se realizaron modelos geoquímicos con el fin de predecir los resultados de la alteración geotermal en las muestras seleccionadas. Los resultados de los experimentos con reactor químico muestran similitudes con las aguas termales del área de estudio. Además, los modelos geoquímicos son consistentes con los resultados del reactor. De esta forma, la metodología experimental utilizada en este trabajo permite un mayor entendimiento de los procesos de alteración geotermal que actúan en la zona estudiada confirmando de alguna forma la relevancia de los procesos de interacción calor-fluido-roca y en particular de la interacción con las unidades volcánicas y volcanoclásticas al norte del volcán Villarrica.

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