La Pacana es una caldera del Mioceno en la Región de Antofagasta, al norte de Chile . Parte de la Zona Volcánica Central de los Andes, forma parte del complejo volcánico Altiplano-Puna , importante caldera y campo volcánico de ignimbrita silícica . Este campo volcánico se encuentra ubicado en regiones remotas en el trípode Zapaleri entre Chile, Bolivia y Argentina .
La Pacana, junto con otros volcanes regionales, se formó por la subducción de la Placa de Nazca debajo de la Placa Sudamericana en la Fosa Perú-Chile . La Pacana está situada en un basamento formado por diversas formaciones paleozoicas e ignimbritas y volcanes del Terciario . Varias fallas importantes cruzan la región de La Pacana y han influido en su actividad volcánica.
La Pacana es un supervolcán y es responsable de la erupción de la ignimbrita gigante Atana, que alcanza un volumen de 2.500 a 3.500 kilómetros cúbicos (600 a 840 millas cúbicas) y constituye la quinta erupción explosiva más grande conocida. La ignimbrita de Atana entró en erupción hace 3,8 ± 0,1 y 4,2 ± 0,1 millones de años, casi simultáneamente con la ignimbrita de Toconao, mucho más pequeña (volumen de 180 kilómetros cúbicos (43 millas cúbicas)). La ignimbrita Pujsa fue hecha erupción por La Pacana antes que las ignimbritas Atana/Toconao, y después las ignimbritas Filo Delgado y Pampa Chamaca/Talabre.
La Pacana se encuentra en la Región de Antofagasta de Chile , en los Andes [1] justo al norte del Trópico de Capricornio [2] y cerca del Paso de Jama entre Chile y Argentina. [3] La frontera entre Chile y Bolivia cruza el sector norte de la caldera. [4] El área de La Pacana está en gran parte deshabitada; [1] existen pequeños asentamientos como Socaire , Talabre y Toconao [5] cerca del Salar de Atacama , donde los arroyos descienden por las laderas de las montañas hasta el salar . [1] La caldera fue descubierta durante los esfuerzos de mapeo en la región entre 1980 y 1985. [6]
La Pacana forma parte de la Zona Volcánica Central , [2] una de las cuatro zonas volcánicas que conforman el Cinturón Volcánico Andino y que se encuentran separadas entre sí por lagunas sin actividad volcánica continua. [7] Varios estratovolcanes y centros formadores de ignimbrita han entrado en erupción en la Zona Volcánica Central desde el Mioceno , [8] alrededor de 50 de los cuales se consideran activos. [9] Además, la Zona Volcánica Central presenta alrededor de 18 campos volcánicos menores. La mayor erupción histórica de los Andes ocurrió en 1600 en Huaynaputina en Perú en la Zona Volcánica Central, y el volcán más activo de la Zona Volcánica Central es Láscar en Chile. [7]
La Pacana tiene un diámetro de 60 por 35 kilómetros (37 mi × 22 mi) con un alargamiento de norte a sur. [10] Esta es una de las calderas más grandes y mejor expuestas del mundo; [11] la caldera más grande conocida es Toba en Sumatra con una longitud máxima de 100 kilómetros (62 millas). [12] La Pacana podría no ser una caldera única; Algunas reconstrucciones implican que las partes norte de la caldera son en realidad una estructura de colapso separada. [13] El suelo de la caldera se encuentra a una altura de 4.200 a 4.500 metros (13.800 a 14.800 pies), el levantamiento central y el borde de la caldera son más altos y alcanzan los 5.200 metros (17.100 pies). El borde de la caldera está bien expuesto excepto en los lados norte y oeste, donde el vulcanismo posterior lo enterró. [10] Después de la formación de la caldera, los sedimentos y [14] tobas dentro de la caldera se levantaron [15] sobre un área angular de 350 kilómetros cuadrados (140 millas cuadradas), formando la cúpula renaciente de 1 kilómetro (0,62 millas) de altura conocida como Cordón La Pacana. [16] Esta cúpula renaciente está cortada por numerosas fallas y presenta un graben poco desarrollado en su cima. [14] Originalmente se creía que el borde de la caldera actual no coincidía con la falla del anillo de la caldera, [10] que en cambio se identificó como coincidente con los márgenes de la cúpula resurgida; Sin embargo, investigaciones posteriores indican que el margen topográfico actual es el borde de la caldera. [17] La cúpula renaciente está separada del borde de la caldera por un foso de 2 a 10 kilómetros (1,2 a 6,2 millas) de ancho que constituye aproximadamente dos tercios de toda la superficie de la caldera, [18] pero está interrumpido en el lado norte. de la caldera por la "bisagra" del colapso de la caldera, que asumió la forma de una trampilla. [19] El foso está lleno de sedimentos formados por la erosión y por [20] sedimentos aluviales , evaporíticos y lacustres dejados por los lagos. [dieciséis]
El colapso de la caldera atravesó centros volcánicos más antiguos, exponiendo los depósitos de pórfido de Ceja Alta y Quilapana . Otros centros volcánicos más antiguos expuestos en las paredes de la caldera son el estratovolcán Cerro Aguas Calientes en la pared oriental y el Cerro Gigantes en la pared occidental. [21] La actividad volcánica se reanudó dentro de la caldera y en el borde del domo renaciente, formando domos de lava hace entre 4,1 y al menos 1,6 millones de años. [15] Estos centros volcánicos incluyen el cráter Corral de Coquena y los domos de lava de Morro Negro al este, Cerro Bola y Purifican al oeste y Cerros de Guayaques al norte del domo resurgente. Los domos de lava Arenoso, Chamaca y Chivato Muerto en la pared sur de la caldera originalmente fueron considerados pre-caldera; [21] Posteriormente, estas tres cúpulas fueron identificadas como cúpulas posteriores a la caldera. [22] Los estratovolcanes dentro de la caldera incluyen los conos asociados con los domos de lava de los Cerros de Guayaques y los volcanes Cerro Incaguasi, Cerros de Pili, Cerros Negros y Huailitas. [21]
Algunas fuentes termales existentes dentro de la caldera pueden indicar que todavía existe un sistema geotérmico asociado con La Pacana, aunque no muy importante considerando su baja temperatura (menos de 25 °C (77 °F)). [12] Algunos lagos, como la Laguna de Chivato Muerto, Laguna Trinchera y Ojos del Rió Salado, alimentada por manantiales, [12] así como salinas como el Salar de Aguas Calientes Norte, Salar de Aguas Calientes Sur, Salar de Pujsa. y el Salar de Quisquiro se han desarrollado dentro del foso. [23] Los cuerpos de agua en la parte sur de la caldera parecen estar conectados a través de agua subterránea , ya que tienen niveles de agua similares. El propio borde occidental de la caldera impide que el agua subterránea drene fuera de la caldera. [24] Arroyos como el Río de Pili y el Río Salado completan la hidrología de la caldera. [12]
Se han realizado observaciones gravimétricas en La Pacana. Una gran anomalía negativa (una anomalía con una masa de corteza menor a la esperada) coincide con la superficie de la caldera La Pacana y se extiende más allá de sus bordes; puede ser consecuencia de que la caldera se haya llenado con material de baja densidad. Se encuentran anomalías positivas (anomalías con una masa superior a la esperada en la corteza) en las áreas que rodean la caldera y salpican zonas discretas dentro de ella; los primeros representan el sótano denso y los segundos pueden ser intrusiones asociadas con respiraderos individuales . [13]
En la Fosa Perú-Chile , la Placa de Nazca se subduce debajo de la Placa Sudamericana a un ritmo de aproximadamente 7 a 9 centímetros por año (2,8 a 3,5 pulgadas/año), [7] lo que genera actividad volcánica a distancias de 130 a 160 kilómetros. (81 a 99 millas) desde la trinchera. [8]
Las investigaciones indican que la subducción ha estado en curso desde el Jurásico hace 200 millones de años, pero se aceleró hace 26 millones de años. [25] Después de una fase de vulcanismo andesítico que duró desde finales del Terciario hasta el Mioceno , [26] el vulcanismo ignimbrítico a gran escala comenzó hace unos 23 millones de años y aún continúa. [27] Comenzó al norte de los 21° de latitud sur con la formación Oxaya de 23 a 18 millones de años y la formación Altos de Pica de 15 a 17 millones de años. Posteriormente se generaron los grupos San Bartolo y Silapeti , finalizando en el Pleistoceno temprano . [26] La actividad volcánica en La Pacana es más reciente que en otros lugares de la región, y las rocas volcánicas más antiguas que afloran en La Pacana tienen entre 11 y 7,5 millones de años. [8] La actividad ignimbrítica a gran escala continuó hasta hace 2 millones de años. [13]
Los Andes centrales son el sitio de extensas ignimbritas que surgieron de grandes calderas generalmente ubicadas dentro del altiplano adyacente , al este del arco volcánico principal . Muchas de estas calderas son parte del complejo volcánico Altiplano-Puna , un gran complejo volcánico que cubre una superficie de 70.000 kilómetros cuadrados (27.000 millas cuadradas) con alrededor de 30.000 kilómetros cúbicos (7.200 millas cúbicas) de ignimbritas. La Pacana es la caldera más grande del complejo volcánico Altiplano-Puna. [11] [15] Las ignimbritas forman una superficie que se encuentra a una elevación promedio de 4.000 metros (13.000 pies). [25] Los estratovolcanes se desarrollaron sobre estas láminas de ignimbrita y hoy forman la expresión más clara de actividad volcánica en la región, [9] y algunos de ellos superan la altura de 6.000 metros (20.000 pies) sobre el nivel del mar. [25] El clima seco duradero significa que los rastros de actividad volcánica pueden ser reconocibles durante largos períodos de tiempo. [26]
El complejo volcánico Altiplano-Puna está sustentado por una gran anomalía de velocidad sísmica a una profundidad de 20 kilómetros (12 millas), que puede ser la estructura más grande de roca casi fundida (10-20%) en la Tierra. [15] Esta zona de fusión parcial se formó mediante la inyección de magmas máficos en la corteza inferior; Un episodio importante de vuelco antes de hace 10,6 millones de años provocó anatexis de la corteza y inició la aparición del vulcanismo ignimbrítico. [28] Los magmas formados dentro de esta zona de fusión se elevaron hacia la corteza superior y se diferenciaron entre profundidades de 8 a 4 kilómetros (5,0 a 2,5 millas) para formar los magmas secundarios que forman ignimbrita. [29] Actualmente, el margen inferido de esta zona parcialmente fundida coincide bastante bien con una anomalía gravimétrica negativa que se agrupa alrededor del punto triple entre Argentina, Bolivia y Chile y con la extensión del complejo volcánico Altiplano-Puna. [30]
El basamento bajo La Pacana está formado por sedimentos de edad Ordovícico , cuarcitas Devónico - Pérmico , la formación mixta salteña también de edad Pérmico y sedimentos de edad Cretácico - Terciario . [31] En el margen oriental de La Pacana en Argentina, se superponen a un basamento precámbrico aún más antiguo. [8] Sin embargo, la mayor parte de este basamento original está cubierto por ignimbritas del Mioceno de centros que pueden coincidir con la caldera de La Pacana. [31] Dos de estas ignimbritas más antiguas se conocen como ignimbritas Pampa Múcar y Antigua Chacaliri. [32]
La Pacana junto con las calderas del Complejo Cerro Guacha y Purico forman el Complejo La Pacana. Guacha experimentó dos grandes erupciones, de las cuales una ocurrió hace 4,1 millones de años. El complejo Purico comenzó a entrar en erupción hace 1,3 millones de años; es el centro más joven del Complejo La Pacana con las erupciones más jóvenes ocurridas durante el Holoceno . [28] Otros centros volcánicos al oeste y suroeste de La Pacana son Acamarachi , Láscar , Colachi y Cordón de Puntas Negras . [5]
Varias fallas atraviesan la región de La Pacana, incluido el Lineamiento Miscanti de norte a sur y los lineamientos Socompa y Quisiquiro. Estos lineamientos o fallas han influido en el vulcanismo y la geomorfología de la región, con volcanes y respiraderos alineándose a lo largo de estos lineamientos. [8]
Las ignimbritas Toconao y Atana están formadas por riolita y dacita - riodacita , respectivamente. Forman un conjunto calcoalcalino rico en potasio . Ambos contienen piedra pómez , de las cuales se encuentran tres tipos diferentes en la ignimbrita de Atana. Los fenocristales dentro de la ignimbrita están formados principalmente por plagioclasa . [15]
Tanto la ignimbrita de Atana como la de Toconao incluyen minerales como alanita , apatita , biotita , epidota , hornblenda , ilmenita , magnetita , monacita , ortopiroxeno , plagioclasa , cuarzo , sanidina , titanita y circón . No todos estos minerales se encuentran en ambas ignimbritas y no siempre en la misma fase (cristales o matriz). [15]
En última instancia, los magmas en La Pacana son productos de derretimientos del manto que interactúan con varios dominios de la corteza profunda en la corteza , dentro de la zona parcialmente fundida que se ha encontrado a profundidades de c. A 20 kilómetros debajo del complejo volcánico Altiplano-Puna. [15]
Varios geotermómetros indican que la ignimbrita de Toconao era más fría que la ignimbrita de Atana; Las temperaturas se han estimado en 730 a 750 °C (1350 a 1380 °F) y 750 a 790 °C (1380 a 1450 °F), respectivamente. Si bien se desconoce la profundidad a la que se formó la ignimbrita de Toconao, la ignimbrita de Atana se formó a una profundidad de 7 a 8,5 kilómetros (4,3 a 5,3 millas). Esta profundidad de formación es comparable a las profundidades estimadas para otros sistemas magmáticos como Fish Canyon , Long Valley y Yellowstone . [15]
Se encuentran disponibles registros meteorológicos para el Salar de Aguas Calientes . Allí se ha registrado una temperatura promedio de 1 °C y una precipitación promedio de 150 milímetros por año. [33]
Hay poca vegetación en el Altiplano seco . Sin embargo, se encuentran numerosas especies animales, como ñandúes , vicuñas y vizcachas . Patos , gansos y flamencos frecuentan cuerpos de agua y salares . [1]
La Pacana ha hecho erupción dos ignimbritas que difieren en composición y fueron emplazadas una poco después de la otra: la ignimbrita dacítica de Atana y la ignimbrita riolítica de Toconao. [15] La ignimbrita Atana alguna vez fue considerada parte de la ignimbrita Guaitiquina, que luego se separó, [2] mientras que la ignimbrita Puripicar puede estar correlacionada con la Atana. [14] Además, algunas de las ignimbritas que hicieron erupción por La Pacana originalmente fueron atribuidas al Cerro Guacha . [11] Ambas ignimbritas se originaron en diferentes partes de la misma cámara de magma y su origen en la caldera de La Pacana está establecido por las proporciones de isótopos de las rocas y la distribución geográfica de sus afloramientos. [15] Los depósitos piroclásticos en la Cordillera Oriental de Argentina pueden tener su origen en La Pacana. [34]
Antes de la erupción de las ignimbritas Toconao y Atana, la actividad temprana generó la ignimbrita Pujsa [8] hace entre 5,8 ± 0,1 y 5,7 ± 0,4 millones de años y algunos estratovolcanes y pórfidos que son cortados por las paredes de la caldera. [21] La ignimbrita Pujsa se parece a la ignimbrita Atana y, al igual que la ignimbrita Toconao, está expuesta principalmente en el lado occidental de la caldera. [8]
La primera gran erupción, que tuvo lugar hace entre 4 ± 0,9 y 5,3 ± 1,1 millones de años, formó la ignimbrita de Toconao. [15] La ignimbrita de Toconao aflora principalmente al oeste de la caldera; [8] sólo más tarde se identificaron unidades de Toconao en el lado este de La Pacana. [35] Esta ignimbrita tiene un volumen de aproximadamente 180 kilómetros cúbicos (43 millas cúbicas) y está formada por una subunidad inferior no endurecida y una superior endurecida. Las piedras pómez en tubo están contenidas en la subunidad inferior y en un depósito pliniano de menos de 10 centímetros (3,9 pulgadas) que se colocó debajo de la ignimbrita de Toconao. [15]
La formación de la caldera coincidió con la erupción de la ignimbrita de Atana; la erupción aún estaba en curso cuando el terreno se hundió [10] a una profundidad de 2 a 3 kilómetros (1,2 a 1,9 millas) debajo de la superficie anterior en el segmento noroeste de La Pacana. [13] Las fechas obtenidas en la ignimbrita de Atana son de hace entre 3,8 ± 0,1 y 4,2 ± 0,1 millones de años, lo que no se distingue claramente de las fechas de la ignimbrita de Toconao, ya que no hay indicios de que se haya producido una pausa entre las dos erupciones. ignimbritas. Esta ignimbrita es considerablemente más grande que la ignimbrita de Toconao, [15] alcanzando un volumen de 2500 a 3500 kilómetros cúbicos (600 a 840 millas cúbicas) [36] y un índice de explosividad volcánica de 8. Esto convierte a la erupción de Atana en el quinto explosivo más grande. erupción conocida y La Pacana un supervolcán . [13] La ignimbrita de Atana forma una lámina de flujo que se extiende desde el interior de la caldera hacia el exterior en forma de una estructura de 30 a 40 metros (98 a 131 pies) de espesor. [15] Este diagrama de flujo originalmente probablemente cubría una superficie de aproximadamente 7.700 kilómetros cuadrados (3.000 millas cuadradas), parte de la cual luego fue erosionada. [14] La ignimbrita de Atana es bastante soldada, rica en cristales y pobre en lítica . Está cubierto de depósitos de piedra pómez y ceniza. [15] La piedra pómez también se encuentra como fragmentos dentro de la ignimbrita, que van desde la riolita blanca hasta la andesita gris. [37] Después de su erupción, se produjo erosión impulsada por el viento y el agua en la ignimbrita de Atana, tallando valles y yardangs en ella. [4]
Existen algunas diferencias entre las facies de ignimbrita dentro y fuera de la caldera, así como entre los afloramientos occidental y oriental. Estas diferencias se refieren al grado de soldadura de la ignimbrita, la aparición o ausencia de desvitrificación y los patrones de unión. [38] De hecho, más tarde se consideró que un segmento de la ignimbrita del norte de Atana no era en realidad parte de la ignimbrita de Atana debido a las diferentes facies y petrología. [39] Esta ignimbrita separada fue bautizada como una ignimbrita superior e inferior de Tara, posiblemente hecha erupción por la caldera de Cerro Guacha. [40] La ignimbrita de Tara llena parte de la caldera de La Pacana. [41] Se estima que el volumen total de las ignimbritas propiamente dichas de La Pacana es de aproximadamente 3.400 a 3.500 kilómetros cúbicos (820 a 840 millas cúbicas), sobre la base de información gravimétrica sobre el volumen de la caldera y las ignimbritas de relleno. [13]
La teoría más probable para el origen de las ignimbritas de Atana y Toconao es que se formaron por fraccionamiento de cristales dentro de una cámara de magma, donde el magma de Toconao se extrajo del magma dacítico por convección que estaba en proceso de cristalización. Este magma extraído rico en volátiles y pobre en cristales entró en erupción primero como una erupción pliniana . Luego, un evento tectónico, muy probablemente un movimiento a lo largo de una falla que atraviesa la caldera, provocó el ascenso y la erupción de la ignimbrita de Atana. [15] Se han encontrado dos respiraderos potenciales en los márgenes norte y oeste de la caldera, donde se producen depósitos de brechas dentro de la ignimbrita de Atana. [42] Parte del magma que dio origen a la ignimbrita de Atana entró en erupción después de la ignimbrita; Los domos de lava formados tras el colapso de la caldera fueron generados por este magma. [15] Esta categoría de vulcanismo postcaldera dependiente incluye Corral de Coquena y Morro Negro; Otros centros volcánicos postcaldera tienen composiciones diferentes y, por lo tanto, probablemente se formaron a partir de fuentes diferentes a las del magma de Atana. [43]
Las erupciones de ignimbrita continuaron después de la formación de la caldera. La ignimbrita Filo Delgado hizo erupción en algún momento del Plioceno desde el volcán Huailitas. [21] Su volumen es de aproximadamente 0,1 kilómetros cúbicos (0,024 millas cúbicas). [18] Hace 2,4 ± 0,4 millones de años, la ignimbrita de Pampa Chamaca llenó el foso entre la cúpula renaciente y el borde de la caldera. [21] La ignimbrita Pampa Chamaca o Talabre [29] surgió de un respiradero probablemente enterrado debajo del actual Cordón de Puntas Negras [18] o el Salar de Aguas Calientes [44] y alcanzó un volumen de aproximadamente 0,5 kilómetros cúbicos ( 0,12 millas cúbicas). [18] La Tara Ignimbrita de 3,49 millones de años de antigüedad de la caldera de Cerro Guacha alcanzó el margen norte de La Pacana. [45]
