PROCESOS MAGMÁTICOS EN EL VOLCÁN
NEVADO DEL RUIZ: UN ANÁLISIS CUANTITATIVO
TEXTURAL
Lorena Rayo-Rocha1; Carlos A. Zuluaga1
1 Departamento de Geociencias, Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá, Edif. Manuel Ancizar, Of 232,
Ciudad Universitaria, Bogotá, 111232, Colombia. ldrayor@unal.edu.co; cazuluagacas@unal.edu.co
RESUMEN
A partir del análisis petrográfico detallado de flujos de lava del Volcán Nevado del Ruiz (VNR), incluyendo la determinación de la asociación mineral estable y microestructuras, análisis geoquímicos y análisis texturales cuantitativos de distribución de tamaños de cristales (CSD) de plagioclasas, se restringen las interpretaciones de los procesos magmáticos que han ocurrido en este volcán durante los últimos 1,8 Ma. El VNR es uno de los estratovolcanes activos más septentrionales de la Cordillera Central Colombiana, muestra un comportamiento típico de un volcán de zona de subducción con afinidad calco-alcalina, su comportamiento durante el Pleistoceno estuvo dominado por un período eruptivo de tipo efusivo con productos volcánicos de composición monótona, principalmente andesíticos a dacíticos.
En este trabajo se analizaron lavas andesíticas y dacíticas con dos piroxenos ± oxihornblenda ± biotita, con microestructuras porfiriticas y glomeroporfiríticas. Las plagioclasas muestran microestructuras de sobrecrecimiento, reabsorción y zonación oscilatoria. Se observan dos poblaciones de cristales de plagioclasa: una con microestructuras en tamiz en su núcleo y otra compuesta por cristales limpios. Las curvas de CSD en plagioclasas muestran patrones de distribución curvilíneos y cóncavos, similares en todas las unidades, con excepción de las lavas de domos que exhiben un patrón lineal. Los piroxenos desarrollan texturas poiquilíticas y de reabsorción y los anfíboles muestran bordes de reacción. Estas características permiten inferir cambios abruptos en la composición del fundido durante el proceso de cristalización, probablemente relacionados con procesos de mezcla de magmas.
]]> Palabras clave: CSD, Cordillera Central Colombiana, Petrografía, Volcán Nevado del Ruiz.MAGMATIC PROCESSES IN THE NEVADO DEL RUIZ VOLCANO: A
QUANTITATIVE TEXTURAL ANALYSIS
ABSTRACT
A detailed petrographic analysis of lava flows of the Nevado del Ruiz Volcano (VNR), including determination of mineral assemblages and microstructures, geochemical analysis and a crystal size distribution (CSD) quantitative textural analysis in plagioclases, helps to constrain interpretations of magmatic processes occurring in this volcano during the last 1,8 Ma. The VNR is one of the northernmost active stratovolcanoes in the Colombian Central Cordillera and displays a typical behavior of a subduction zone volcano with calc-alkaline affinity. This volcano had an eruptive period dominated by effusive behavior during the Pleistocene and its products show a monotonous bulk composition, mainly andesitic to dacitic.
Samples analyzed in this work are two-pyroxene andesites ± oxyhornblende ± biotite, with porphyritic and glomeroporphyritic microstructures. Plagioclase displays overgrow and resorption microstructures and crystal oscillatory zoning patterns. There are two plagioclase populations: one with crystals showing finely sieved interiors and clean rims, the other is a population of clean plagioclase crystals lacking any sieved microstructures. The CSD curves show patterns of curvilinear and concave distributions, similar for all samples, with the exception of the lava domes, that show a linear pattern. Pyroxene has poikilitic and resorption microstructures (coarse cellular microstructures) and amphibole shows reaction rims. These characteristics allow to infer abrupt changes in melt composition during the crystallization process probably related with magma mixing processes.
Keywords: Crystal Size Distribution, Colombian Central Cordillera, Nevado del Ruiz Volcano, Igneous Petrology.
INTRODUCCIÓN
El análisis textural de las rocas volcánicas es una herramienta importante ya que brinda información sobre las condiciones de almacenamiento del magma y de los procesos que ocurrieron durante su trayectoria de ascenso (Blundy and Cashman, 2008). Cualquier tipo de cambio en las condiciones fisicoquímicas de los magmas (v.gr., presión, temperatura, composición, fugacidad del oxígeno, etc.) generan cambios en las fases cristalinas, que son registrados en su textura y composición. La medición cuantitativa de dichas características permite reconstruir la evolución del reservorio magmático.
Una de las técnicas cuantitativas ampliamente difundidas recientemente en el estudio de las rocas ígneas es el análisis de distribución de tamaño de cristales (CSD) (Armienti et al., 2007, Higgins and Roberge, 2003; Higgins and Chandrasekharam, 2007; Piochi et al., 2005). Esta técnica se basa en el análisis textural de las rocas y considera el contenido de cristales en función de su tamaño, forma y orientación (Marsh, 1998; Higgins, 2002; Higgins, 2006). Un diagrama típico de CSD relaciona la densidad de la población de los cristales frente al tamaño de los cristales. Dado que la población de cristales es generada por procesos de nucleación (J) y crecimiento (G) los cuales son fuertemente dependientes del grado de enfriamiento (Armienti, 2008), se pueden hallar las tasas de calentamiento y enfriamiento de los magmas que originaron estas rocas y a su vez estimar tiempos de residencia de la cámara magmática.
]]> El área de estudio se localiza en el eje central de la Cordillera Central alrededor del Volcán Nevado del Ruiz (VNR), con un área de 350 km2 comprendida en los Departamentos de Tolima, Caldas y Risaralda (FIGURA 1). Este volcán tiene una historia eruptiva que va desde el Pleistoceno hasta la actualidad y que ha sido ampliamente estudiada especialmente después de la erupción de noviembre de 1985, que causó un gran número de fatalidades. Los estudios se han centrado especialmente en la geoquímica de los productos eruptivos de Noviembre de 1985 (Melson et al., 1990; Sigurdsson et al., 1990; Gourgaud and Thouret, 1990; Stix et al., 2003) y geocronología de los productos de las secuencias piroclásticas recientes (Schaefer et al., 1993; Herd, 1982; CHEC et al., 1983), aunque existen estudios estratigráficos, geocronológicos y geoquímicos que cubren toda la secuencia volcánica del VNR (v.gr., Thouret et al., 1990, Calvache y Monsalve, 1982, Vatin-Pérignon et al., 1900, Jaramillo, 1980, Schaefer, 1995).El objetivo de este trabajo fue aportar información petrográfica cuantitativa que permita entender los procesos magmáticos ocurridos en el VNR a lo largo de su historia eruptiva. Para ello se empleó una descripción petrográfica detallada de muestras de lava del volcán, análisis texturales cuantitativos empleando la técnica de distribución de tamaño de cristales (CSD) en plagioclasas, junto con análisis geoquímicos de roca total.
MARCO GEOLÓGICO
El Volcán Nevado del Ruiz (VNR) es uno de los estratovolcanes activos más septentrional de la Cordillera Central Colombiana (4° 53'43 "N, 75° 19'21" W), este volcán se levanta a 5.321 msnm (numero 1501-02 del catálogo GVP-IAVCEI). El basamento del VNR consiste en rocas metamórficas de edad Paleozoica correspondientes al Complejo Cajamarca (esquistos cuarzo grafitosos y esquistos verdes) y rocas plutónicas de edad Paleocena, de composición tonalítica a granodiorítica (Granodiorita de Manizales y Batolito del Bosque). Su historia eruptiva inicia hace aproximadamente 1.8 Ma y ha sido interpretada como dividida en tres estados: Ruiz Ancestral, Ruiz Antiguo y Ruiz Presente (Thouret et al., 1990). Estos estados consisten en la sucesiva construcción y destrucción del edificio volcánico, con el correspondiente emplazamiento de flujos de lava y domos andesíticos y dacíticos y la depositación de secuencias volcanosedimetarias y volcanoclásticas.
Durante el Ruiz Ancestral se emplazaron algunos domos (v.gr., Domo La Laguna, Domo Santana, Domo del Plato, Domo Tesorito) a lo largo de una tendencia estructural NW, sugiriendo un control tectónico durante su emplazamiento (Falla Villamaría Termales; Borrero et al., 2009).
Los productos volcánicos presentan afinidad calcoalcalina típica de volcanes de zonas de subducción, la mayoría corresponden a andesitas y dacitas con SiO2 > 64% (FIGURA 2). De acuerdo a Schaefer (1995) estos productos se pueden dividir en dos conjuntos: uno alto en K y otro bajo en K. Nótese en la FIGURA 3 que las muestras analizadas en este trabajo se restringen a litologías en los campos de medio a alto K.
METODOLOGÍA
La caracterización petrográfica de las muestras consistió en la identificación de las fases minerales, descripción microestructural (grado de cristalinidad, tamaño de grano, forma de los cristales, relación espacial de los cristales e identificación de microestructuras específicas) y su análisis modal (conteo de 300 puntos por muestra), se dio especial énfasis en la descripción de microestructuras de disolución, reabsorción y desequilibrio.
La técnica de CSD fue aplicada en 8 muestras de flujos de lava del Volcán Nevado del Ruiz de diferentes estados evolutivos del Volcán: Ancestral, Antiguo y Reciente (en el sentido de Thouret et al., 1990) (FIGURA 1). Para ello, se tomaron microfotografías de las secciones delgadas en 6 campos de observación usando una magnificación de 200X y una resolución de 300 ppp, lo suficientemente buena para evitar los problemas de truncación de la mano izquierda (LHT, Armienti, 2008). Cada imagen fue procesada y convertida en una imagen binaria usando el procesador de imágenes comercial Image Pro Plus 6.2®, con el objetivo de separar los minerales de interés (plagioclasas) y medir la máxima longitud de cada cristal (FIGURA 4). Las microfotografías fueron tomadas con luz polarizada plana y doblemente polarizada y posteriormente contrastadas y filtradas para mejorar la calidad de la imagen y facilitar la detección automática de los bordes de los cristales. Esta detección fue complementada con el re-procesamiento manual de algunas imágenes. El número de cristales de plagioclasa medidos por sección osciló entre 5.000 y 10.000, con un tamaño entre 20 μm y 2,4 mm, cubriendo un área promedio de 2 cm x 3.5 cm (tamaño estándar de una sección delgada).
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El manejo final de los datos se hizo usando el programa CSD Correction 1.3.9 (Higgins, 2009), con el objetivo de construir una curva CSD clásica donde se grafica el logaritmo natural de la distribución de la población versus el tamaño de los cristales. Este software convierte datos bidimensionales obtenidos a partir de mediciones en dos dimensiones, a una distribución tridimensional del tamaño de los cristales, realizando correcciones estereológicas por efectos de probabilidad de intersección y correcciones parciales para el efecto del corte de secciones, esta conversión tiene en cuenta la forma aproximada de los cristales y la fábrica de la roca (Higgins, 2000, 2002, 2006). El programa construye un sólido con base en tres dimensiones: larga, corta e intermedia, las cuales fueron estimadas para las plagioclasas en 2:1:1. Los resultados de dichas mediciones son presentados en función del tamaño corregido de la mitad del intervalo, para esto se asume que la medición de la longitud más común (en la sección transversal) es la dimensión intermedia de un paralelepípedo, de manera que los valores representados en el CSD resultan mayores que el tamaño de cristal más grande medido. Los parámetros empleados en el análisis de CSD fueron: medición de la máxima longitud del cristal, factor de redondez (0.1), y fábrica masiva; se empleó una escala logarítmica en base 10 con un número de intervalo por década de 5.
Adicionalmente, se realizaron análisis geoquímicos de elementos mayores y algunos traza en roca total usando la técnica de fluorescencia de rayos X, en el equipo de la Universidad Nacional de Colombia (Espectrómetro de fluorescencia MagixPro PW-2440 Philips, equipado con un tubo de Rh, una potencia máxima de 4 kW, y calibrado con las normas internacionales MBH y NIST), para la clasificación geoquímica y genética de las rocas.
RESULTADOS
Petrografía y Clasificación Geoquímica
Las muestras analizadas corresponden a andesitas porfiríticas, hipocristalinas, inequigranulares, de grano fino a medio, con textura seriada, compuestas por fenocristales de plagioclasa, (39-61%) ± augita (5-12%) ± hiperstena (5-20%) ± oxihornblenda (0-10%) ± olivino (0-4%) ± biotita (0-3%) (TABLA 1), con fenocristales euhedrales a subhedrales de hasta 5 mm, inmersos en matriz microlítica criptocristalina, en ocasiones con microestructura fluidal. Como minerales accesorios se encuentran trazas de opacos (óxidos de Fe-Ti), apatito, circón y hematita.
Las microestructuras glomeroporfiríticas están caracterizadas por aglomerados compuestos principalmente de clinopiroxeno y de clinopiroxeno + ortopiroxeno + plagioclasa. La fase más abundante es la plagioclasa (27- 30% vol.) de tipo andesina (An30-An44 determinada por el método de Michel Levy), con longitudes máximas medidas de 4 mm. Los cristales de plagioclasa presentan zonación oscilatoria, en bandas concéntricas, uniformes, continuas a no continuas; algunas bandas tienen textura celular fina. Adicionalmente se encontraron dos poblaciones de plagioclasas, una de estas agrupa cristales con textura celular fina a gruesa en su interior bordeado por zonas limpias, algunos cristales muestran un núcleo interno limpio y solo una banda concéntrica con textura celular, el otro tipo de cristales de plagioclasa carecen de cualquier porción con textura celular (FIGURA 2).
Los piroxenos (5-20%) se presenta como cristales euhedrales, aislados o en cúmulofiros con plagioclasa. Se encuentran orto y clinopiroxenos, de acuerdo a sus características ópticas corresponden a hiperstena y augita. Una de sus características principales es que presentan zonación concéntrica y macla simple o polisintética; además, se observa comúnmente reemplazamiento por anfíboles. Los ortopiroxenos presentan texturas en schiller.
La oxihornblenda (6 - 17%) se observa en microfenocritales euhedrales de menos de 2 mm y como microlitos en la matriz. Estos cristales presentan microestructuras de opacitización que generalmente se restringen a los bordes pero que pueden ser muy penetrativas (FIGURA 2d).
]]> La muestra de la unidad Lavas de Domo (GNR-LR-043) corresponde a una andesita holocristalina con microfenocristales de oxihornblenda y clinopiroxenos. La microestructura principal es microporfirítica y se observa en menor proporción microestructuras cumulofíricas de anfíboles y piroxenos. La matriz es microlítica fluidal y los minerales que componen la roca son oxihornblenda, biotita, plagioclasa y ortopiroxenos. La plagioclasa se encuentra principalmente como microlitos en la matriz, los escasos fenocristales (2%) son sub a anhedrales con bordes de corrosión y textura celular en los bordes. Se encuentran escasos xenocristales anhedrales de cuarzo (1%) con bordes de reacción. Esta muestra fue tomada de un domo colada del extremo norte del VNR, conocido como Domo Santana y representa las características de un grupo de domos tipo torta y colada (Domo La Laguna, Domo Santana y Domo El Plato) emplazados en ese sector del VNR.Todas las muestras analizadas de acuerdo a su composición modal y según la clasificación de Le Maitre (2002) corresponden a andesitas (TABLA 1). Sin embargo, esta clasificación difiere ligeramente de la clasificación geoquímica, debido al alto porcentaje de matriz criptocristalina a vítrea (13-34% en volumen). Las muestras contienen entre 58.6-64% en peso de SiO2 y entre 5.4 y 7.2 % en peso de Na2O+K2O y caen en el campo composicional de las andesitas, traquiandesitas y dacitas- traquidacitas del esquema de clasificación de Le Bas et al. (1986) (FIGURA 3, TABLA 2).
Análisis Cuantitativo de Distribución de Tamaño de Cristales (CSD)
El análisis de distribución de tamaño de cristales (CSD) es un análisis complementario que en conjunto con análisis petrográficos y geoquímicos ayuda a revelar los procesos que afectan la evolución del reservorio magmático. Esta técnica se basa en el análisis textural de las rocas y considera que el contenido de cristales es función de su tamaño, forma y orientación (Marsh, 1998; Higgins, 2002).
La medida de distribución de tamaños de diferentes fases cristalinas también puede proveer información de las escalas de tiempo de cristalización ya que este proceso está controlado por las tasas de crecimiento (G) y nucleación (J). Además brinda información acerca del estado físico del magma al tiempo de la erupción y sus cambios a través del tiempo y espacio. En la metodología de CSD se hace uso de la pendiente de la distribución cumulativa (la densidad de distribución n, con unidades de número por volumen por intervalo de tamaño) como una medida estable de la distribución de la población (Blundy and Cashman, 2008).
De acuerdo a Blundy and Cashman (2008) los parámetros determinados de un diagrama CSD relacionan las tasas promedio de nucleación (J) y de crecimiento (G). Se asume que el tamaño dominante (Ld) es consecuencia del crecimiento estable del cristal en una duración apropiada de tiempo (t), se tiene entonces que Ld=Gt, donde t es el tiempo de cristalización efectivo. La tasa de nucleación está dado por J=dNv/dt, donde Nv es el número de cristales por unidad de volumen. A su vez la tasa de nucleación está relacionada con la tasa de crecimiento J=n°G, donde n° es el número de densidad de cristales nucleados (intercepto con cero), de manera que el tiempo puede ser determinado para cualquier CSD si se conoce G.
Dado que los procesos magmáticos pueden incluir mezcla de magma, fraccionamiento, adición de xenolitos (entre otros) y dado que método de CSD involucra gran manipulación de datos, algunos autores han discutido la aplicación del método para extraer información relacionada a la evolución temporal del magma. Sin embargo, basados en suposiciones simples y con una selección cuidadosa de las condiciones de frontera del sistema con base en criterios petrológicos, se pueden hacer aproximaciones acerca de los tiempos de residencia de los magmas.
La relación N(L) vs. L refleja cambios en la relación J/G durante la cristalización debido a la dependencia de J y G con el enfriamiento. Esta es la razón por la que la forma de un diagrama de N(L) vs L es equivalente a la forma de un diagrama de enfriamiento vs tiempo. Los tiempos de residencia largos a niveles someros en el conducto resultan en un cambio de cristalización dominada por nucleación a dominada por crecimiento y en un cambio en el habito cristalino de la plagioclasa de tabular a prismático (Blundy and Cashman, 2008).
Por otra parte, la interpretación de las estructuras porfiríticas de las rocas volcánicas permite identificar una población de cristales de tamaño grande que cristalizaron en condiciones profundas y una población de microfenocristales y microlitos cuya ocurrencia es atribuida al rápido enfriamiento de lavas como consecuencia de su ascenso y erupción. De manera que la distribución de tamaño de los fenocristales permite correlacionar N(L) con una función donde se interprete la relación de las tasas de nucleación y crecimiento en el tiempo dentro de un sistema estacionario.
]]> Para un sistema cerrado y una tasa de crecimiento constante se tiene que:Donde No representa la densidad de los cristales nucleados (i.e. el valor de N cuando L>0) y t es el tiempo en el cual el sistema es vaciado o recargado. Cuando se grafica N(L) con relación a L, la pendiente de una distribución lineal de N(L) es relacionada como producto de crecimiento aportando información de la característica del tiempo de recarga del sistema. La pendiente m de la distribución lineal de la gráfica está dada por:
En este trabajo se realizó el CSD para plagioclasas de ocho (8) muestras de flujos de lava que representan cada una de las etapas evolutivas del Volcán Nevado del Ruiz. Todas las muestras revelan CSDs fuertemente curvados, con patrones cóncavos, excepto la muestra del Domo Santana que tiene una pendiente recta (L-CSD). La curva general para las muestras tiene pendientes fuertes en los tamaños correspondientes a los microlitos (abundante cantidad de microlitos) y pendientes poco pronunciadas en los tamaños correspondientes a los fenocristales (baja cantidad de micro y fenocristales), esta topología es denominada una curva tipo C-CSD (Higgins and Chandrasekharam, 2007).
Los C-CSD fueron divididos en dos segmentos (FIGURA 5), para cada uno de estos segmentos se realizó una regresión lineal con un R2 mayor a 0.86, todos los datos relevantes de pendiente e intercepto están dados en la TABLA 3. De las gráficas obtenidas en este análisis se puede observar coincidencia en la forma de la curva de CSD y de las pendientes para las muestras del mismo estado magmático. Las curvas CSD de las Lavas del Ruiz Reciente tienen un m1 promedio de -10.1, en el caso del Ruiz Antiguo el promedio es de -11.4 y para el Ruiz Ancestral el promedio es de -10.4. La muestra GNR-LR-024, perteneciente al Ruiz Presente exhibe una anomalía en el intervalo de 2-3 mm (FIGURA 5b), las muestras GNR-LR-008 y GNR-LR-061 también presenten anomalía sutiles en los intervalos 5-7 mm y 2-3 mm respectivamente (FIGURA 5d y FIGURA 5e).
DISCUSIÓN
La evidencia petrográfica combinada con el análisis cuantitativo de la distribución de tamaño de los cristales (CSD) permite interpretar algunos de los procesos magmáticos involucrados en la generación de las lavas del VNR. Las gráficas muestran patrones similares de CSD para las plagioclasas, las curvas de los C-CSD se pueden dividir en tres tendencias, una tendencia (A) con una pendiente baja poco pronunciada que representa la población de fenocristales en la roca, una tendencia (B) que tiene una pendiente más pronunciada y representa la fracción de microfenocristales a microlitos, y finalmente una tendencia (C) con alta pendiente y que representa la fracción de microlitos (FIGURA 6).
De manera similar a estudios en las lavas en el Monte Etna (Armienti, 2008), la tendencia A se refiere a un periodo de crecimiento profundo y una tasa baja de enfriamiento, las tendencias B y C están relacionadas con el ascenso del magma e incremento de la velocidad de enfriamiento en el momento de la erupción (la diferencia entre B y C es la tasa de enfriamiento). En este estudio los cristales grandes (correspondientes a la tendencia A) son usados para evaluar el tiempo de crecimiento, ya que se asume que el tamaño de los cristales grandes reflejan el tiempo de formación del cristal en un reservorio estable a una tasa constate de crecimiento, Armienti et al. (2007) reporta una tasa de crecimiento de 1 * 10-10 cm/s para los cristales de plagioclasa. Empleando estas suposiciones y la ecuación 2 se calculó el tiempo de residencia para el sistema magmático del VNR, inicialmente determinó el promedio de la pendiente m para la tendencia A o m2 (TABLA 2) que es igual a -1.21, y a partir de esto se estimó un tiempo de residencia promedio de 261.7 años para las lavas estudiadas de los diferentes estados del VNR. Este tiempo calculado es bastante corto y no corresponde con estimaciones de tiempos de residencia basados en otros parámetros (ver más adelante).
Las curvas cóncavas observadas pueden también sugerir un proceso complejo de formación de los cristales, que involucra cristalización y disolución debido a variaciones en las condiciones ambientales que ocasionan diferentes grados de enfriamiento y calentamiento (v.gr., Higgins and Roberge, 2003). Estas condiciones variables se reflejan en las texturas de desequilibrio de las plagioclasas y piroxenos (zonificación y texturas tamiz). Este proceso podría estar relacionado con la inyección de cuerpos de magma en una cámara magmática superficial alimentada por una cámara magmática más profunda, como ha sido interpretada la estructura volcánica del Ruiz (Schaefer, 1995; Melson et al., 1990; Londoño and Sudo, 2002).
]]> La muestra de la lava del Domo Santana (GNR-LR-043) tiene una pendiente más pronunciada y recta (gran población de pequeños cristales), lo que significa que durante el ascenso del magma el proceso de nucleación dominó sobre el proceso de crecimiento de los cristales. La pendiente pronunciada del L-CSD indica que el magma tuvo un ascenso rápido y un tiempo corto de residencia, esta información es consistente con las texturas de desequilibrio mostradas por las oxihornblendas y por los fenocristales de plagioclasa y sugiere que el emplazamiento de los domos representa un sistema lineal donde hay entrada y salida continua de material en un sistema magmático abierto.Las lavas de domos exhiben texturas microporfiríticas, con el 12% (en volumen) de microfenocristales y 72% (en volumen) de matriz (vidrio/matriz), este alto índice de cristalinidad y poco crecimiento de los cristales refleja procesos de enfriamiento y cristalización rápidos (v.gr., Blundy and Cashman, 2008). Aunque el proceso de emplazamiento de los domos es relativamente lento en comparación con el de una lava común, estos domos son de tipo colada con flujos de lava de hasta 2 km de longitud, por ende el proceso de emplazamiento se asimila al de las lavas. Una posible explicación al comportamiento del L-CSD basado en la ausencia de texturas porfiríticas gruesas y en las evidencias de inestabilidad de las fases minerales (bordes de reacción y disolución periférica en cristales de plagioclasa, cuarzo, anfíboles) es que el magma estuvo en condiciones de almacenamiento inestables durante un corto periodo de tiempo.
La petrografía de las lavas evidencia que las oxihornblendas tienen bordes opacitizados gruesos o se encuentran completamente reemplazadas. La formación de estos bordes de reacción puede ocurrir como respuesta de pérdida de agua del fundido coexistente durante un ascenso adiabático desde un reservorio profundo o debido al almacenamiento del magma en una cámara magmática somera donde las condiciones ambientales están fuera del campo de estabilidad de los anfíboles (Rutherford and Hill, 1993).
Rutherford and Hill (1993) realizaron estudios experimentales y mediciones en lavas de erupciones del Volcán Santa Helena y encontraron que los anfíboles libres de bordes de reacción ascendían desde los 8 km de profundidad a la superficie en menos de 5 días y que a medida que el ascenso es más lento los bordes de reacción son progresivamente más gruesos (25 μms en 15 días). Los experimentos de P y T constantes realizados por estos autores mostraron que almacenamiento del magma a menos de 6.5 km de profundidad también podría generar un borde de reacción de los anfíboles progresivamente más grueso con el tiempo (por ejemplo cristales almacenados a 3.5 km de profundidad a 900°C podrían tener bordes de 50 μm en 11 días). De acuerdo a esto la presencia de bordes opacitizados en las oxihornblendas pueden indicar el almacenamiento del magma en condiciones subsuperficiales, a menos de 6.5 km de profundidad.
Otra evidencia a favor de la mezcla de magmas es la presencia de múltiples poblaciones de cristales de plagioclasa, por lo menos se distinguen claramente dos poblaciones con texturas celulares gruesa y fina en su interior, lo que sugiere un posible proceso de mezcla de dos magmas con diferentes trayectorias de ascenso.
En el caso de las lavas de domos, los anfíboles presentan múltiples anillos de opacitización, que de acuerdo a la forma y a la pendiente pronunciada del L-CSD pueden indicar o que existieron varios pulsos donde cambiaron las condiciones de presión y temperatura por reinyección de cuerpos de magma más calientes o que existen múltiples reservorios a diferentes profundidades donde el magma se almacena por poco tiempo.
La evolución del sistema magmático ha sido discutida en múltiples trabajos usualmente basados en análisis petrológicos. Uno de los modelos que explica el sistema magmático del VNR interpreta un sistema que evoluciona a partir de la cristalización fraccionada en una sola cámara magmática (Jaramillo, 1980; Vatin-Pérignon et al., 1990; Borrero et al., 2009), otro modelo propuesto considera que el VNR evoluciona inicialmente como un sistema homogéneo y que cambia a uno heterogéneo con múltiples cámaras magmáticas (Schaefer 1995; Melson et al., 1990). Por ejemplo Schaefer et al. (1993), sugiere la existencia de una cámara magmática subvolcánica superficial y estima el tiempo de residencia para el magma eyectado durante la erupción de 1985 como de 6000 años aproximadamente usando series de desequilibrio de 238U.
El modelo de múltiples cámaras magmáticas es consistente con un modelo geofísico de la estructura del VNR publicado por Londoño and Sudo (2002) con base una tomografía sísmica, donde se sugiere la existencia de tres cámaras magmáticas a 2, 5 y 12 km de profundidad. La interpretación de las curvas CSD mostradas aquí apoyan también la hipótesis de varias cámaras magmáticas al evidenciar que el magma que produjo las rocas volcánicas analizadas se acumuló en reservorios someros.
Los tiempos de residencia calculados en este trabajo para el VNR (~ 261,7 años) son coherentes comparados con las edades obtenidas para otros sistemas volcánicos (v. gr. Armienti et al., 2007, Zellmer et al., 1999) ya que son del orden de decenas a centenas de años. Algunos estudios en otros volcanes muestran que los tiempos de residencia calculados mediante las curvas CSD son coherentes con cálculos a partir de métodos alternativos para calcular los tiempos de residencia (v.gr., isótopos de Sr en cristales de plagioclasa y las edades de desequilibrio de series de uranio). Por ejemplo Zellmer et al. (1999) calculan el tiempo de residencia para lavas del Volcán Santorini encontrando concordancia entre las edades obtenidas por Sr y CSD (~ 100 años). Otro ejemplo es el tiempo de residencia calculado por Armienti et al. (2007) empleando CSD en plagioclasa y otras fases minerales el cual es concordante con el tiempo estimado por isótopos de Sr para el Volcán Estrómboli (~ 19 años). Zellmer et al. (1999) realizan una comparación entre estos tres métodos (isótopos de Sr, CSD y series de desequilibrio de uranio) para obtener tiempos de residencia aplicándolos a las mimas muestras de volcanes de las Antillas. Los resultados de la comparación muestran similitud entre los resultados obtenidos por isótopos de Sr y los análisis CSD y grandes discrepancias entre los tiempos estimados con series de decaimiento de uranio. Esta discrepancia se explica por la dispersión en el sistema U-Th que puede ser causada por procesos de cristalización fraccionada posteriores o procesos de mezclas de magmas.
En el caso presentado aquí, no es posible comparar los tiempos de residencia obtenidos por Schaefer et al. (1993) para el sistema del VNR con los estimados a partir de CSD, debido a que estos autores analizan pumitas de la erupción de 1985 que pertenecen a un evento diferente al de las muestras de lavas analizadas en este trabajo.
]]> CONCLUSIONESLa comparación entre las población de los cristales de plagioclasa de muestras de lavas de las etapas ancestral, antigua y reciente del Volcán Nevado del Ruiz revela que las formas de distribución son similares, y por lo tanto se interpreta que las rocas tuvieron historias de enfriamiento similares. Adicionalmente, la fuerte correlación entre las muestras del mismo estado magmático y las variaciones sutiles entre los diferentes estados sugiere que las condiciones magmáticas no han variado a lo largo de la historia magmática del volcán durante el periodo analizado.
La diferencia de la distribución de la población de cristales en las lavas de domos indica que estas lavas tuvieron un proceso de enfriamiento diferente al de las otras lavas; el proceso se interpreta como más rápido y con un tiempo de residencia corto en un proceso donde la nucleación dominó sobre el crecimiento, esto se evidencia por la ausencia de fenocristales de plagioclasa en equilibrio y por la gran abundancia de microlitos. Por otra parte, las texturas de opacitización muy comunes en las oxihornblendas de estas muestras sugieren condiciones de desequilibrio prolongado, probablemente relacionadas al ascenso del magma a una profundidad de almacenamiento por fuera del campo de estabilidad de los anfíboles.
El desarrollo de texturas porfiríticas en estas rocas implica la formación y crecimiento de cristales bajo condiciones estables profundas (fenocristales) y generación de una población de microfenocristales y microlitos durante el ascenso y erupción del magma debido un rápido enfriamiento. Sin embargo, el crecimiento de estos fenocristales no muestra una historia de crecimiento simple. Las texturas de corrosión (textura celular gruesa y fina y bordes de reabsorción) registradas en los cristales de plagioclasa sugieren un proceso complejo que debe implicar la cristalización y la disolución, bajo condiciones de presión y temperatura variables, con diferentes grados de enfriamiento y calentamiento. Esto, sumado a la presencia de por lo menos dos poblaciones de plagioclasa y a las texturas de reacción de los anfíboles, permite sugerir la ocurrencia de procesos de inyección de cuerpos de magma en una cámara magmática superficial posiblemente alimentado por una cámara magmática profunda.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo fue financiado por la Universidad Nacional de Colombia, Colciencias, ISAGEN S.A. E.S.P. e INGEOMINAS, mediante el proyecto (762/2009): "Programa Estratégico para la investigación y modelamiento del sistema hidrotermal-magmático en áreas con potencial geotérmico localizadas en el flanco noroccidental del Volcán Nevado del Ruiz, Colombia". Los autores expresan su agradecimiento al Doctor John Jairo Sánchez por su revisión al manuscrito y sus útiles sugerencias que ayudaron a mejorarlo.
REFERENCIAS
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Trabajo recibido: Agosto 22 de 2011
Trabajo aceptado: Diciembre 14 de 2011
