Pre-eruptive magmatic processes associated with the 2016-2018 explosive activity of Sabancaya volcano (Perù)

Sabancaya volcano is one of the most active Central Andes Volcanoes. Historical records reveal an eruptive activity in 1750-1784 AD and more recently in 1990-1998 AD. The most recent eruptive activity of Sabancaya started in November 2013 and is still ongoing (May 2018). This new period of activity has been divided into two stages: the first stage started in 2013 with increased fumarolic activity, and the second stage began on November 6th 2016, characterized by violent explosions of ash and juvenile lava blocks, and generated ash plumes rising up to 5-6 km. The erupted juvenile ballistic material consists of andesites (59.8- 60.2 wt.% SiO2), including plagioclase, hornblende, orthopyroxene, clinopyroxene, biotite, and Fe-Ti oxides. Detailed mineralogical studies show two different groups of plagioclase: subhedral phenocrysts with normal zoning (An37-30); and subhedral phenocrysts with a sieve texture and overgrowth rims, showing oscillatory (An29-60-49) and reverse (An54-57) zoning patterns. We have also identified two different populations of amphibole: the first population corresponds to subhedral phenocrysts with low Al compositions (6-8 wt.% Al2O3) and the second population is composed of phenocrysts and microlites with rims of high Al concentrations (9-11 wt.% Al2O3), displaying increasing amounts of Mg# (72-74) toward their rims. We also observe a few orthopyroxene (En72 Fs24 Wo4) cores surrounded by clinopyroxene (En42 Fs16 Wo42) rims and rare anhedral quartz crystals. Based on thermo- barometric analyses, using the geothermometer of Ridolfi et al. (2010), the temperature is estimated at 915 ± 60 °C and the crystallization pressure at 265 ± 19 MPa, corresponding to a depth range between 9 and 11 km, where the magma reservoir would be located. These disequilibrium textures identified in the phenocrysts could suggest a mixing process due to the intrusion of a hotter magma in the reservoir, which was also suggested for the last eruption (Gerbe and Thouret, 2004)

Procesos magmáticos y condiciones físicas pre-eruptivas asociados con las erupciones recientes del volcán Ubinas (Perú)

La evaluación de la amenaza volcánica se basa en gran medida en la reconstrucción de la historia eruptiva de los volcanes activos o susceptibles de reactivarse, con el fin de identificar los diferentes tipos de dinamismos eruptivos, así como la frecuencia y la magnitud de sus erupciones típicas de cada volcán. En el caso del volcán Ubinas (Perú), los estudios volcanológicos llevados a cabo en los últimos años (Thouret et al., 2005; Rivera, 2010) han permitido establecer varios escenarios eruptivos futuros que comprenden erupciones pequeñas de tipo vulcaniano (VEI ≤ 2, Índice de Explosividad Volcánica); erupciones vulcanianas a subplinianas de tamaño moderado (VEI 3); y grandes erupciones plinianas altamente explosivas (VEI ≥ 4). Sin embargo, durante una crisis volcánica, uno de los mayores retos de la vulcanología es identificar cuál de los escenarios eruptivos previamente definidos es el más probable de reproducirse. Con esta idea en mente, en este trabajo vamos a describir las características petrológicas de los productos eruptivos emitidos durante los últimos miles de años por el volcán Ubinas, con el fin de constreñir las condiciones físicas (P-T) preeruptivas de los magmas y de esta manera poder reconstruir los procesos magmáticos pre-eruptivos con el fin de inferir patrones de comportamiento futuro del volcán

Petrological and geochemical constraints on the magmatic evolution at the Ampato-Sabancaya compound volcano (Peru)

In order to gain insights into continental arc magmatic processes, we have conducted a petrological and geochemical study of major and trace elements and Sr, Nd, and Pb isotopes of the Ampato-Sabancaya compound volcano, which belongs to the Andean Central Volcanic Zone (CVZ). Whole-rock compositions for Ampato and Sabancaya range from andesites to dacites (56.7–69.3 wt% SiO2) and both belong to a medium- to high-K calk-alkaline magmatic series. Ampato-Sabancaya samples are characterized by high contents of large-ion lithophile elements (LILE; e.g., K, Rb, Ba, Th), low concentrations of high field strength elements (HFSE; e.g., Nb, Zr) and heavy rare earth elements (HREE; e.g., Yb), with consequently high La/Yb and Sr/Y ratios. An increase in these ratios is usually interpreted as a result of magmatic differentiation in the presence of garnet in the deep crust. A detailed analysis reveals that the rocks of Ampato-Sabancaya display three different compositional groups. (1) The first, composed mainly of andesites (56.7–59.8 wt% SiO2), corresponds to lavas from the early stage of the Ampato Basal edifice, as well as pyroclastic deposits from the Ampato Upper edifice. (2) The second group corresponds to andesitic and dacitic compositions (60.0–67.3 wt% SiO2) from the Ampato Basal edifice (Moldepampa stage), the Ampato Upper edifice, and the Sabancaya edifice. (3) The third group corresponds to dacitic compositions (65.0–69.3 wt% SiO2) associated with the Corinta Plinian fallout and pyroclastic flow deposits from the Ampato Upper edifice. This last group of dacites, erupted during the Ampato Upper edifice stage, have drastically different compositions from the other groups with Sr/Y (<27) and Sm/Yb (<4.7) ratios lower than other lavas and lacking evidence of amphibole and/or garnet fractionation during their genesis. As a whole, Sr, Nd, Pd isotopic ratios suggest that mantle-derived magmas are significantly affected by assimilation processes during their evolution, due to the thick (65–70 km) continental crust beneath the CVZ in southern Peru. In summary, the magmatic evolution of group 1 and 2 can be explained by a two-step model in which primitive magmas evolved in the deep crust in the so-called melting-assimilation-storage-homogenization (MASH)-type reservoirs by assimilation-fractional crystallization (AFC) processes involving garnet and/or amphibole. Then, amphibole-dominated upper crustal AFC processes and magma mixing are responsible for the geochemical diversity of the main ASCV trend. In contrats, the group 3 dacites followed an upper crustal AFC process (without amphibole) from a different primitive magma, which did not suffer the high pressure, garnet-dominated AFC processes. This evolution highlights the complexities associated to magma genesis and differentiation at continental arcs contructed on a thick crust

Geología y evolución del complejo volcánico Yucamane - Calientes (Tacna)

El INGEMMET, en cooperación con el Instituto de Investigación para el Desarrollo (IRD, Francia), viene realizando el estudio geológico y la evaluación de peligros del complejo volcánico Yucamane-Calientes, localizado en la zona alto-andina de Tacna, 11 km al NE de la localidad de Candarave (Fig. 1). El complejo Yucamane-Calientes pertenece a la zona Volcánica Central de los Andes (ZVC) definida por Thorpe y Francis (1979). Este complejo consta de dos estratovolcanes: • el volcán Yucamane (5550 metros sobre el nivel del mar -msnm-), en el extremo sur; • el volcán Calientes (4980 msnm), en el extremo norte. El Yucamane es el más reciente y activo, habiéndose desarrollado en el Pleistoceno superior y Holoceno. Estos volcanes colindan con el extremo sur del volcán Yucamane Chico (5025 msnm), que es probablemente del Mioceno-Pleistoceno inferior. El volcán Yucamane tiene una forma cónica, con una diferencia de elevaciones entre su base y la cumbre de 1200 m, y cubre una superficie aproximada de 20 km2. Este volcán está constituido de una sucesión de lavas, cubiertas por depósitos piroclásticos retrabajados. En su cima se distinguen dos cráteres: uno de 900 m de diámetro, y otro, de menor tamaño, de 400 m de diámetro y de 200m de profundidad. Por su parte, el volcán Calientes es un volcán parcialmente destruido, que conserva sólo su extremo occidental en forma de una cicatriz de caldera de avalancha, dentro del cual se ha emplazado un complejo de domo de lava denominado Calientes. El presente estudio se realiza con el fin de determinar el comportamiento eruptivo pasado del volcán Yucamane, así como la amenaza y riesgo que implicaría su reactivación, con fines de prevención y mitigación de desastres. La evaluación del potencial de amenaza volcánica asociada con el Yucamane es crucial considerando que al pie del flanco sur del volcán se localizan al menos siete poblados, entre ellos las localidades de Candarave, Cairani, Huanuara, Quilahuani, Susapaya, Ticaco, entre otros, donde habitan más de 8000 habitantes (INEI, 2008), y cuya actividad económica se basa principalmente en la agricultura y ganadería. Además, en los alrededores del volcán existenimportantes fuentes de recursos hídricos para la región de Tacna, como las lagunas Aricota, Suches, y Vilacota. La zona tiene un gran potencial geotérmico, puesto que al este del complejo volcánico se encuentra el sistema geotérmico del Río de Calientes

The eruptive chronology of the Yucamane-Calientes compound volcano: a potentially active edifice of the Central Andes (Southern Peru)

We have reconstructed the eruptive chronology of the Yucamane–Calientes compound volcano in southern Peru based on extensive fieldwork and a large dataset of geochronological (40K–40Ar, 40Ar–39Ar, U-Pb and 14C) and geochemical (major and trace element) analyses. This compound volcano is composed of two edifices that have experienced discontinuous volcanic activity from the Middle Pleistocene to the Holocene. The Calientes volcano has been constructed in four successive stages: Calientes I is composed of andesitic lava flows that were dated at ~500 ka. Then, the Callazas ignimbrite (Calientes II stage) was emplaced (~160-190 ka), followed by the main cone-building stage (Calientes III), which was dated at ~125 ka. Finally, the Holocene Caliente domes were emplaced and represent the last eruptive products of this edifice. The Yucamane volcano has been constructed in three stages: Yucamane I stage consists of a sequence of andesitic lava flows exposed at the base of the volcano with an age older than 37-40 ka. Yucamane II stage (~36-24 ka) comprises a thick sequence of block-and-ash deposits that represents a dome-growth episode that predates the younger Yucamane cone (Yucamane III stage) since 20-25 ka. During the Holocene, the Yucamane had shown vulcanian to sub-Plinian activity resulting in the emplacement of tephra fallout and pyroclastic density current deposits. The last sub-Plinian eruption occurred ca. 3085 ± 35 aBP and emitted a pumice fall deposit associated with a pumice flow deposit. Most samples from the Calientes volcano are andesites and dacites (60.1-67.7 wt.% SiO2), while rocks of the Yucamane volcano correspond to basic andesites to dacites (53.4-66.9 wt.% SiO2). These rocks show a mineral assemblage of plagioclase, amphibole, biotite, ortho- and clino-pyroxene, olivine, and Fe-Ti oxides. All of the analyzed samples belong to a high-K, calc-alkaline series. Calientes volcano erupted mostly andesitic magmas and is punctuated by rare eruptions involving silica-rich magmas. In contrast, Yucamane volcano displays a different pattern, characterized by a gradual decrease of silica content through post-glacial time, from moderate (VEI <=2) vulcanian events comprising basic andesitic magmas to the large (VEI 3) sub-Plinian eruption of ~3 ka, involving andesitic magma. On the basis of this recurrent low-to-moderate explosive activity, Yucamane must be considered as an active and potentially threatening volcano, which may affect the province of Candarave with about 12 000 inhabitants

Reconstrucción petrológica del sistema de alimentación del volcán Ubinas y sus implicaciones para la evaluación de la amenaza

La evaluación de la amenaza volcánica se basa en gran medida en la reconstrucción de la historia eruptiva de los volcanes activos o susceptibles de reactivarse, con el fin de identificar los diferentes tipos de dinamismos eruptivos, así como la frecuencia y la magnitud de sus erupciones susceptibles de ocurrir en cada volcán. En el caso del volcán Ubinas (Perú), los estudios vulcanológicos llevados a cabo en los últimos años (Thouret et al., 2005; Rivera, 2010) han permitido establecer varios escenarios eruptivos que comprenden erupciones pequeñas de tipo vulcaniano (VEI = 2, Volcanic Explosivity Index); erupciones vulcanianas a subplinianas de tamaño moderado (VEI 2-3); y grandes erupciones plinianas altamente explosivas (VEI = 4). Sin embargo, uno de los mayores retos de la vulcanología es identificar cual de los escenarios eruptivos previamente definidos se materializará en caso de una erupción futura. En este trabajo se describen las características petrológicas de los productos eruptivos emitidos durante los últimos miles de años por el volcán Ubinas, con el fin de identificar los procesos magmáticos y las condiciones físicas (P-T) pre-eruptivas asociadas con los diferentes tipos de erupciones de este volcán. Este trabajo permitirá de identificar las características petrológicas propias de cada tipo de erupción y de esta manera tratar de definir los patrones de comportamiento futuro del volcán

Procesos de generación y evolución de magmas emitidos por el complejo volcánico Yucamane - Calientes (Tacna)

El complejo volcánico Yucamane-Calientes (CVYC) está localizado a 12 km al noroeste de la localidad de Candarave, en la zona altoandina de Tacna, sector occidental de la Cordillera de los Andes (Fig. 1). Este complejo consta de dos volcanes, en el extremo sur el volcán Yucamane (5495 msnm.) y en su extremo norte se localiza el volcán Calientes (4980 msnm.), de los cuales el Yucamane es uno de los siete volcanes activos del sur peruano. Estos volcanes colindan con el extremo sur del volcán Yucamane Chico (5025 msnm.) del Mioceno. Una muestra de roca obtenida de la base de dicho volcán datada por nuestro grupo arrojó una edad K/Ar de 5.5 ± 0.08 Ma. El complejo Yucamane - Calientes pertenece a la zona Volcánica Central de los Andes (ZVC) de De Silva y Francis (1991)

Geología y evolución del complejo volcánico Yucamane - Calientes (Tacna)

El INGEMMET en cooperación con el Instituto de Investigación para el Desarrollo (IRD, Francia) viene realizando el estudio geológico y la evaluación de peligros del complejo volcánico Yucamane - Calientes, localizado en la zona altoandina de Tacna, a 11 km al NE de la localidad de Candarave (Fig. 1). El complejo Yucamane - Calientes pertenece a la zona Volcánica Central de los Andes (ZVC) de Thorpe y Francis (1979). Este complejo consta de dos estratovolcanes, en el extremo sur el volcán Yucamane (5550 metros sobre el nivel del mar -msnm-) y en su extremo norte se localiza el volcán Calientes (4980 msnm), de los cuales el Yucamane es el más reciente y activo, emplazado en el Pleistoceno superior-Holoceno. Estos volcanes colindan con el extremo sur del volcán Yucamane Chico (5025 msnm), probablemente del Mioceno – Pleistoceno inferior

Evolución petrológica y geoquímica del complejo volcánico Ampato-Sabancaya (Arequipa)

El complejo volcánico Ampato-Sabancaya (CVAS) está localizado a 60 km al NO de la ciudad de Arequipa ((71° 49’–71° 54’ W; 15° 46’–15° 52’ S),) en la Cordillera Occidental de los Andes del Sur del Perú (Fig. 1), la cual forma parte de la Zona Volcánica Central de los Andes (CVZ). El CVAS descansa sobre una altiplanicie lávica e ignimbrítica de edad Miocénica (Klinck et al., 1993), y está constituido por un volcán compuesto de edad Plesitocénica, el Ampato (6280 msnm); y un volcán eminentemente lávico, de edad Holocénica, construido en la parte NE del complejo, el volcán Nevado Sabancaya (5967 msnm.). Reportes históricos señalan que el Sabancaya ha experimentado importantes erupciones en el siglo XVIII, siendo su último período eruptivo el ocurrido recientemente, entre los años 1988 y 1997. El CVAS colinda con el extremo sur del volcán Hualca Hualca (6025 msnm.), un estratovolcán erosionado probablemente de edad Plio-Plestocénica. El presente estudio tiene por objeto caracterizar la composición geoquímica de las rocas de este complejo y de identificar los principales procesos petrogenéticos responsables de la diversidad geoquímica observada. Adicionalmente, se busca demostrar si los magmas emitidos por los volcanes Ampato y Sabancaya a través del tiempo corresponden o no a una misma serie magmática

Procesos petrogenéticos y condiciones físicas pre-eruptivas responsables de la erupción reciente del volcán Tutupaca (Tacna)

El volcán Tutupaca (17°01’ S, 70°21’ O) es considerado como uno de los 7 volcanes históricamente activos del Perú. Está ubicado en la parte sur del arco volcánico peruano, en el extremo norte del departamento de Tacna. En los últimos siglos ha presentado actividad eruptiva, que ha sido descrita en las crónicas de Zamácola y Jauregui (1804), quienes reportaron periodos eruptivos entre 1787 y 1802 AD. Recientes estudios vulcanológicos confirman estas fuentes históricas: el volcán experimentó una importante erupción explosiva, que originó un depósito de avalancha de escombros y una secuencia piroclástica. Este evento ha sido datado en 220 ± 30 años AP (Manrique, 2013; Valderrama et al., 2013). En este trabajo se ha caracterizado petrológicamente los productos eruptivos recientes de este volcán, describiendo de manera detallada su mineralogía con la finalidad de determinar las condiciones físicas pre-eruptivas (presión, temperatura, fugacidad del oxígeno, wt.% H2O); así como los procesos petrogenéticos responsables de las variaciones geoquímicas observadas. Para constreñir estos parámetros se utilizan diferentes geotermómetros y geobarómetros desarrollados por diferentes autores y que asocian la composición química de los minerales con los parámetros físicos que prevalecieron al momento de su cristalización. Entre los termo-barómetros utilizados podemos citar el termómetro anfibol – plagioclasa (Holland y Blundy, 1994) y el barómetro de Al-in-amphibole (Médard et al., 2013)