Clase de la materia de Vulcanología con información de la formación del Arco Volcánico de Centro America.

1. Arco volcánico de Centro
America
Tomado de MARGINS GeoPRISMS mini lessons: Bob Stern (U TX Dallas), Ben Edwards (Dickinson College), Mike Carr
(Rutgers U), Jim Walker ( N. Illinois U)

2. Parte 1: Antecedentes

3. Fig. 1
Modified from Le Maitre et al 2002

4. (Courtesy of Eric Calais, UMR CNRS http://web.ics.purdue.edu/~ecalais/haiti/context/)
El arco centroamericano (~1100 km de largo) se encuentra a lo largo del margen
occidental de la placa del Caribe.
Fig. 2

5. Sección transversal simplificada a través de la zona de subducción
centroamericana
Fig. 3

6. Mapa tectónico simplificado del límite de placas tectónicas centroamericanas
Handout #5

7. http://www.geomapapp.org

8. Sedimentos en la Placa de Cocos (Sondeo 495)
Modificado de Plank & Langmuir 1998
Sedimentos
pelágicos del
Mioceno & más
jovenes
Plank et al. 2002

9. La Zona de Subducción Centroamericana es una zona de subducción caliente (subduce la
corteza oceánica joven)

10. Tectonic setting
CRDB
oblique
Nota:
El sondeo DSDP 495 tomó
muestras de sedimentos
en la placa de Cocos
descendente.
Frente volcánico bien
definido por segmentos
lineales con
desplazamientos. Volcanes
dispersos “detrás del frente
volcánico”.
Depresiones volcánico-
tectónicas, marcadas por
dos lagos y un golfo.
Golfo de Fonseca; Lago de
Managua; Lago Nicaragua;
DSDP
495
(Cortesía de Mike Carr).

11. Las anomalías de gravedad muestran que el arco NW está construido sobre
la corteza continental (gravedad baja) pero el arco SE está construido sobre
la corteza oceánica (gravedad alta)
Modified from: http://www.ifg.uni-
kiel.de/1267.html

12. Contornos rojos de losa llana a intervalos de 50 km
Vectores verdes de convergencia ligeramente oblicuas
Discontinuidad en contornos en
Costa Rica, la contorsión aguda de
Quesada (QSC) es controversial
El buzamiento de la losa aumenta
desde México hasta Nicaragua, luego
disminuye debajo de Costa Rica.
Vectores de convergencia, DeMets 2001
Syracuse and Abers, 2006
QSC

13. (Source LaGeo, 2009)

14. Parte 2:
Modos, Elementos Mayores y Normas:
Cerro Negro e Ilopango

15. Receta para
Paleo Granola
INGREDIENTES:
1 taza de almendras crudas
1 taza de anacardos crudos
1/4 taza de pepitas/semillas de calabaza crudas
1/4 taza de semillas de girasol crudas (sin cáscara)
1/2 taza de hojuelas de coco sin azúcar
1/4 taza de aceite de coco
1/2 taza de miel cruda
1 cucharadita extracto de vainilla
1 cucharadita sal marina
1 taza de pasas
1. Precaliente el horno a 275° F. Coloque almendras, semillas de marañon y hojuelas de coco
en un procesador de alimentos o licuadora y tritúrelas varias veces para romperlas en
trozos más pequeños.
2. Calentar en el microondas el aceite de coco, la miel cruda y el extracto de vainilla en un
tazón mediano durante unos 30-45 segundos. Agregue las semillas, las nueces y las
hojuelas de coco y revuelva para cubrir.
3. Extienda la mezcla de granola de manera uniforme sobre una bandeja para hornear
forrada con papel pergamino y cocine durante unos 20-25 minutos o hasta que esté
ligeramente dorada, revolviendo una o dos veces. Retire del fuego y agregue las pasas y
espolvoree con sal marina, presionando la mezcla para formar una superficie plana (vea la
foto a continuación).
4. Dejar enfriar durante unos 20 minutos o hasta que se endurezca, y luego romper en trozos
y disfrutar.

16. Paleo Granola
1) ¿Cuántos de los 10 ingredientes puedes ver fácilmente? ¿Podrías identificar más con una
lupa?
2) ¿Por qué no puedes identificar todos los ingredientes visualmente?
3) ¿Cuál es la textura de este material?
4) ¿Cómo llamarías a la textura si fuera una roca ígnea?
5) ¿Qué estima visualmente como el % de pasas?
El análisis modal de las rocas implica la estimación visual de los minerales visibles, a simple vista.
Este análisis se ve mejor con una lupa, incluso mejor con un microscopio y una sección delgada.

17. Hagamos un análisis modal de lavas de centroamericana
El olivino es de color miel, los clinopiroxenos son de color verde y negro. La plagioclasa es blanca.
Q1) ¿Qué es la textura?
P2) ¿Cuál es el tamaño y el porcentaje de olivino, clinopiroxeno, plagioclasa y matriz?
5mm
Cortesía de
Bob Stern y
Ben Edwards

18. Diagrama QAPF para
rocas volcánicas
(Q = cuarzo, A = feldespato
alkalino, P = plagioclasa, F =
feldespatoide (nefelina, leucita)
 Sistema de clasificación de rocas
IUGS
 Depende de la proporción de
minerales visibles de cuarzo,
feldespatos, o feldespatoides.
 Inútil para las lavas afíricas y
problemática para las lavas
porfiríticas
 Pregunta: utilizando el análisis modal,
¿cuál es el nombre de la lava
centroamericana en la última
diapositiva?

19. Elementos mayores

20. Elementos mayores vs. elementos traza
Los elementos mayores comprenden >0,1 % de la roca y se
reportan como como óxidos, por ejemplo, SiO2, Al2O3, TiO2, etc.
como porcentaje en peso (% en peso). Las composiciones de
elementos mayores generalmente se manifiestan por modos de
lava. Usamos composiciones de elementos mayores para
clasificar las lavas.
Los elementos traza comprenden <0,1 % de la roca y se reportan
como elementos, por ejemplo, Rb, Cr, Zr en partes por millón en
peso (ppm); a veces partes por billon (ppb) o incluso partes por
trillón (ppt). Los elementos traza son importantes para
comprender cómo se forman y evolucionan las rocas ígneas,
pero su abundancia no es visible en la moda.

21. Handout #6
Exploremos los
análisis de elementos
mayores, usando
Cerro Negro como
ejemplo.
Courtesia de
Mike Carr

22. Análisis de elementos mayores de Cerro Negro (muestra CN-4)
5mm
SiO2 48.6 wt. %
TiO2 0.65
Al2O3 14.4
FeO* 11.0
MnO 0.2
MgO 9.97
CaO 11.3
Na2O 1.78
K2O 0.35
P2O5 0.06
LOI 0.08
Total 98.39 wt. %
Esta lava se formo durante la actividad eruptiva de Cerro Negro durante 1957-1960.
1) Cual es su textura?
2) Cuál es el tamaño y el porcentaje de olivino, clinopiroxeno, plagioclasa y matriz?
Courtesía de Bob Stern y Ben Edwards

23. Las rocas volcánicas son generalmente de grano demasiado
fino para identificar muchos minerales; usar diagramas
basados en la química
Alkalis Totales vs. silica
(diagram TAS)
Diagrama IUGS para rocas
volcanicas

24. ¡El estado de oxidación del hierro es importante pero difícil de
determinar!
• El hierro existe en rocas ígneas como Fe2+ (ferroso) y Fe3+ (férrico).
• La mayoría de los análisis de elementos principales ignoran el estado de oxidación del hierro.
• Se supone que el hierro total es FeO o Fe2O3 reportado en el análisis de elementos principales
como “FeO*” o “Fe2O3T”.
• El estado de oxidación del hierro en el magma no se conserva en las rocas volcánicas, porque el Fe
se oxida fácilmente por interacción con el agua subterránea o la atmósfera durante la erupción,
aumentando la cantidad de hierro férrico (Fe2O3) a expensas del hierro ferroso (FeO).
• Kelley y Cottrell (2009) analizaron pequeñas burbujas de fusión (ahora vidrio) atrapadas en
olivinos.
• Técnica: estructura de borde cercano de absorción de micro-rayos X de borde K de Fe basada en
sincrotrón (μ-XANES) para determinar las proporciones de hierro oxidado a hierro total Fe3+/ΣFe =
Fe3+/(Fe3+ + Fe2+).
• Las proporciones de Fe3+/ΣFe son más bajas para los basaltos que brotan de las dorsales
oceánicas: 0,13 a 0,17
• Las proporciones de Fe3+/ΣFe son más altas para los basaltos de arco (como CAVA): 0,18 a 0,32).
• Los magmas de arco están más oxidados que los que brotan de las dorsales oceánicas.
EXPLICACIÓN: la cuña del manto sobre las zonas de subducción (donde se generan las
lavas de arco) está más oxidada que el manto debajo de las dorsales oceánicas.
Esto se vuelve importante para Mg# y para calcular composiciones normativas
(normas).

25. Mineralogía Normativa
• Convierte el análisis químico de elementos principales en
mineralogía teórica.
• Fácil de hacer usando software en línea.
• Los minerales normativos importantes incluyen olivino (OL),
clinopiroxeno (diópsido; DI); ortopiroxeno (hipersteno; HY);
plagioclasa (ambos miembros finales: anortita AN y albita
AB); K-feldespato (ortoclasa OR); apatito (AP); óxidos de
hierro (hematita HM y magnetita MT); cuarzo (QZ).
• Sin minerales hidratados anfíbol o biotita

26. • Las rocas están hechas de minerales, por lo que debería haber una relación simple
entre la composición de una roca y los minerales que la componen.
• Podemos usar el análisis de elementos principales para predecir qué minerales
esperar en una lava.
• Podemos ver los minerales como una guía para las composiciones de lava.
• Los cinco minerales más comunes en las rocas ígneas: olivino, clinopiroxeno,
plagioclasa, feldespato alcalino y cuarzo.
• Estos minerales tienen una fórmula química que requiere la mayoría de los elementos
principales. Por ejemplo, el olivino tiene la fórmula química (Mg, Fe)2SiO4. Tenga en
cuenta que los elementos entre paréntesis indican una solución sólida entre el
miembro final rico en Mg "forsterita" y el miembro final rico en Fe "fayalita".
Para formar olivino se requiere que una roca
contenga una cantidad significativa de tres de
los elementos principales: SiO2, MgO y FeO. De
hecho, ¡el olivino generalmente contiene mucho
más MgO que FeO!

27. El clinopiroxeno tiene la fórmula química Ca (Mg, Fe) Si2O6 y
requiere cuatro de los elementos principales.
Microfotografía de clinopiroxeno
1 mm, polares cruzados
Un clinopiroxeno inusualmente grande
Siddal, 2014

28. La plagioclasa tiene la fórmula química (NaSi, CaAl)AlSi2O8; esto requiere
cuatro de los elementos principales, tres de los cuales no fueron necesarios
para formar olivino.
Fotomicrografía de plagioclasa zonada, ~2
mm, luz polarizada cruzada. Tenga en
cuenta el maclado polisintético (lamelar)
Gran cristal de plagioclasa, notar clivaje
Wikipedia
Kurt Hollocher

29. El feldespato alcalino (sanidina, ortoclasa, microclina) tiene la fórmula (Na,
K)Al2Si3O8
Grandes rombos de feldespato alcalino
Pertita: textura en feldespato alcalino formada
cuando la albita (blanca) se disuelve del
feldespato potásico (rosa)
C.E. Jones
http://www.pitt.edu/~cejones/GeoImages/1Minerals/1Igneo
usMineralz/Feldspars.html
http://www.mindat.org/min-6683.html, Hudson
Institute of Mineralogy

30. Cuarzo tiene la formula SiO2
Wikipedia

31. Casi todo el fósforo se usa para producir apatita, que también es
un mineral menor común en las rocas ígneas.
Wikipedia

32. Mafico vs. Felsico
Las lavas de arco incluyen las tres variedades: máfica, intermedia y félsica.

33. Suites alcalinas y subalcalinas.
Por lo general CAVA producen lavas subalcalinas

34. Mg# (número- Mg)
Análisis de elementos mayores de la peridotita del manto (de Workman y Hart 2005):
SiO2 44.7 wt. %
TiO2 0.13
Al2O3 4.0
FeO* 8.2
MnO 0.13
MgO 38.7
CaO 3.2
Na2O 0.13
K2O 0.01
P2O5 0.02
Total 99.09 wt. %
Calcular Mg# = 100 * Mg/(Mg+Fe+2); supongamos primero que todo Fe = Fe+2
Convertir peso % a proporciones atómicas dividiendo el % en peso por el peso molecular:
proporción atómica Mg = 38,7/40,3 = 0,96; proporción atómica Fe = 8,2/71,845 = 0,11
Introduce las proporciones atómicas en la fórmula: Mg# = 100* 0,96/(0,96+0,11) = 89
FYI: Mg# para la mayoría de las peridotitas del manto varía de 89 a 92 más o menos

35. Ejercicio: Calcular Mg# de Cerro Negro muestra CN-4
5mm
SiO2 48.6 wt. %
TiO2 0.65
Al2O3 14.4
FeO* 11.0
MnO 0.2
MgO 9.97
CaO 11.3
Na2O 1.78
K2O 0.35
P2O5 0.06
LOI 0.08
Total 98.39 wt. %
Los basaltos primitivos (no fraccionados) tienen Mg# >65
P: ¿Es este un basalto primitivo?
Cortesia de Bob Stern y Ben Edwards

36. Respuesta: Mg# de Cerro Negro muestra CN-4
5mm
SiO2 48.6 wt. %
TiO2 0.65
Al2O3 14.4
FeO* 11.0
MnO 0.2
MgO 9.97
CaO 11.3
Na2O 1.78
K2O 0.35
P2O5 0.06
LOI 0.08
Total 98.39 wt. %
Esta muestra tiene Mg# = 62. Casi primitivo pero no del todo.
¡Espera un minuto! ¿Qué pasa con el estado de oxidación del hierro?
¡Solo deberíamos contar los átomos de Fe2+, no todos los átomos de Fe, que incluye Fe3+!
P: ¿Cuál es el Mg# si ajustamos según Kelley & Cottrell (2009) quienes encontraron
Fe3+/ΣFe para basaltos de arco = 0.18 a 0.32). Rehacer cálculo usando Fe3+/ΣFe = 0.25
Cortesia de Bob Stern y Ben Edwards

37. Cerro Negro, erupción de 1968
Volcán Cerro Negro, Nicaragua. Cenizas y cenizas brotan del cráter de la cumbre en 1968
cuando un respiradero cerca de la base del cono de cenizas de 150 metros de altura
alimenta un flujo de lava basáltica (R. Decker)

38. 0 500 1000
0
100
200
300
400
Guatemala El Salvador Nicaragua Costa Rica
Atitlán Santa Ana
Tecapa
San
Cristóbal
Masaya
Irazú
Rincón
Barva
Arenal
Mv
0 500 1000
0
100
200
300
400
Guatemala El Salvador Nicaragua Costa Rica
Atitlán Santa Ana
Tecapa
San
Cristóbal
Masaya
Irazú
Rincón
Volcano
volume
Km
3
Distance Km
0 500 1000
0
100
200
300
400
Guatemala El Salvador Nicaragua Costa Rica
Atitlán Santa Ana
Tecapa
San
Cristóbal
Masaya
Irazú
Rincón
Barva
Arenal
Mv
0 500 1000
0
100
200
300
400
Guatemala El Salvador Nicaragua Costa Rica
Atitlán Santa Ana
Tecapa
San
Cristóbal
Masaya
Irazú
Rincón
Volcano
volume
Km
3
Distance Km
Volúmenes relativos de 39 centros volcánicos centroamericanos (Stoiber & Carr 197
I: Ilopango; T: Telica; LP: Las Pila-El Hoyo (sitio de Cerro Negro).
I
I
T
LP

39. Veamos el ejemplo de los basaltos del Cerro Negro

40. Cerro Negro, Nicaragua: El volcán más joven de Centroamérica
Nació en 1850, desde entonces cuantas erupciones ha tenido?

41. Cerro Negro es parte
del complejo
volcánico Pilas-El
Hoyo en el oeste de
Nicaragua (también
conocido como la
Cordillera Marabios)
Walker & Carr 1986

42. Handout #6
Courtesy of Mike
Carr

43. Cerro Negro, 1982

44. Geología del Cerro Negro
Walker & Carr 1986
Not locations where samples
CN-4 and CN-6 were taken.

45. Cerro Negro (CN-4) erupción de 1957-1960
El olivino es de color miel, los clinopiroxenos son de color verde y negro. La plagioclasa es
blanca. Este es un basalto primitivo (MgO ~9%), aunque se ha producido cierta acumulación
de fenocristales.
5mm
Cortesía de Bob
Stern y Ben Edwards

46. CN-6 contiene plagioclasa con un 75 % de
extremo de anortita (AN75). P: ¿Cuál es
el nombre de plagioclasa con esta
composición?
CN-4 contiene olivino compuesto por un 77
% de miembro final de forsterita y un 23 %
de miembro final de fayalita. La abreviatura
de esto es FO77.
Fig. 8
Cortesía de Bob Stern y Ben Edwards

47. Cerro Negro CN-6 (1968 eruption)
5mm
El olivino es de color miel, los piroxenos son verdes y negros. La plagioclasa es blanca.
Q1: ¿qué es la textura? Q2: ¿qué es la moda?
Courtesía de Bob
Stern y Ben Edwards

48. Que paso entre 1960 y 1968 por debajo del Cerro Negro?
Ilustración esquemática del sistema
de almacenamiento de magma
debajo del Monte St. Helens que
muestra las ubicaciones de los
terremotos (círculos abiertos) en la
roca caja (alta velocidad) que rodea
las zonas de almacenamiento de
magma libres de terremotos
(baja velocidad). De Cashman y
Sparks 2013
• 1957-60: fusión del manto y
ascenso rápido del magma
primitivo hasta la erupción (CN-4).
• 1960-1968: almacenamiento y
fraccionamiento de magma debajo
del volcán
• 1968: erupción de lava fraccionada
(CN-6)
Cashman y Sparks, 2013

49. Microfotografía de CN-6
Campo de vista = 4.6 mm
Que ven?
La parte superior es luz
polarizada plana, la parte
inferior es con luz polarizada
cruzada
(Imagenes Courtesía de Mike Carr y Jim Walker.

50. Las vesículas son claras en luz polarizada
plana (PPL) pero negras (opacas) con luz
polarizada en X (XPL).
Varios fenocristales de plagioclasa.
Uno es grande (~3 mm de ancho).
Nótese el olivino pequeño (algunos
cientos de micras) cerca de la parte
superior. Es más obvio bajo XPL porque
tiene una birrefringencia más alta.
Nótese el “borde polvoriento”
alrededor del gran fenocristal de
plagioclasa. Esto indica un
desequilibrio entre el magma y la
plagioclasa en este momento (al
final de la historia de crecimiento de
la plagioclasa). P: Algo cambió en el
magma, ¿qué puede ser?
(Images Courtesy of Mike Carr and Jim Walker NIU).

51. Usemos un ejemplo de una lava felsica Centro Americana: Ilopango

52. Ilopango (El Salvador)
Cortesía de Mike Carr

53. Lago Ilopango en planta
Lago Ilopango vista oblicua
Ilopango es un volcán ancho y bajo
con una caldera de ~10 km de
diámetro
Wikipedia
http://blogs.laprensagrafica.com/scientia/?p=110

54. Erupción de 1880 que formó
las Islas Quemadas,
(muestra IL4)
Wikipedia

55. (Courtesy of
Mike Carr).

56. (Courtesy of
Mike Carr).

57. (Courtesy of
Mike Carr).

58. (Courtesy of
Mike Carr).

59. El sedimento marino es clave de algunas variaciones de elementos
incompatibles que aparecen en las lavas.
lowest
variance
maximum in
carbonate
maximum in
hemipelagic
--------Regional-------- ---------Local---------
10 100
Ba/La
100 100010000
Ba/Th
.01 .1 1
U/La
Depth
in
meters
.1 1 10
0
100
200
300
400
500
U/Th
Morb
Carbonate
Hemipelagic
moderate
variance
DSDP
495
Modified from Carr et al 2003

60. Cambios geoquímicos en el tiempo en Cerro Negro
1920 1940 1960 1980 2000
4
5
6
7
Na
2
O/K
2
O
Age
NIC-CN2000-1
NIC-CN1
NIC-CN2
NIC-CN3
NIC-CN4
NIC-CN5
NIC-CN6
NIC-CN7
NIC-CN8
NIC-CN9
NIC-CN10
NIC-CN11
NIC-CN12
NIC-CN13
NIC-CN-92-2
1920 1940 1960 1980 2000
7
8
9
10
11
K/Ba
Age
NIC-CN2000-1
NIC-CN1
NIC-CN2
NIC-CN3
NIC-CN4
NIC-CN5 NIC-CN6
NIC-CN7
NIC-CN8
NIC-CN9
NIC-CN10
NIC-CN11
NIC-CN12
NIC-CN13
NIC-CN-92-2
Los basaltos de Cerro Negro muestran un aumento de K2O con
el tiempo: ¿fraccionamiento?
(Cortesía de Mike Carr)