The San Pedro and San Pablo volcanoes of northern Chile and their hot avalanche deposits

The twin 6000 m volcanoes San Pedro and San Pablo rise 2000 m above the extensive ignimbrite plateau of northern Chile. San Pablo is extinct and quite deeply eroded, San Pedro has an active fumarole and a record of several historic volcanic eruptions. Activity on both has on the whole migrated westwards with time. The volcanoes consist of pyroxene and hornblende andesite lavas with broad aprons of volcaniclastic rocks, including hot avalanche deposits, on their flanks. 30 new chemical analyses show that the composition range of the rocks composing the volcanoes is small, with silica varying between 56 and 66%, significantly higher than that of Quaternary volcanic suites of the western Pacific. The hornblende andesite lavas are very thick (commonly 100 to 200 m) indicating a high viscosity. Where such flows were erupted high on San Pedro, large portions of them collapsed when they became mechanically unstable and the resulting avalanche deposits form an important part of the volcano. Most avalanches took place when the source-lava was still hot, though so viscous that it broke by brittle fracture when it collapsed. The larger blocks have a prismatic jointing normal to their outer surface, showing that they cooled down in place after collapse. Evidence is presented that the mechanism of transport of these hot avalanches is not likely to be different from that of non-volcanic rock avalanches. Pumiceous pyroclastic flows also occur, one on the flanks of San Pedro, while others comprise the ignimbrite plateau. The latter is made up of many pyroclastic flows different from the San Pedro example only in size, and there are good grounds for believing that the ignimbrites likewise originated by eruptions on the andesitic volcanoes. Many of the ignimbrites are rhyolites, much more acidic than the andesite stratovolcanoes and a process of surface transport separation has operated whereby the andesites are concentrated on and near their source, while most of the rhyolites, because of their different style of eruption, have spread widely from it.

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Zusammenfassung Die beiden 6000 m hohen Vulkane San Pedro und San Pablo erheben sich etwa 2000 m über der breiten, von Ignimbrit gebildeten Hochebene Nordchiles. San Pablo ist längst erloschen und tief erodiert; dagegen weist San Pedro mehrere historische Eruptionen und dazu eine noch aktive Fumarole auf. Bei beiden hat sich die vulkanische Tätigkeit im Laufe der Zeit nach Westen verlagert. Die Vulkane sind aus Pyroxen- und Hornblende-Andesit-Laven gebildet; ihre äußeren Flanken bestehen aus breiten vulkanoklastischen Ablagerungen, die heiße Erdrutsch-Ablagerungen einschließen. Chemische Analysen von 30 Gesteinsproben ergeben, daß die Produkte der Vulkane nur geringe chemische Schwankungen zeigen und daß die SiO₂-Werte zwischen 56% und 66% liegen; deutlich höher als die SiO₂-Werte der quartären westpazifischen vulkanischen Serien. Ihrer Mächtigkeit nach (100–200 m) müssen die Hornblende-Andesit-Laven eine hohe Viskosität gehabt haben. Wo solche Laven hoch auf San Pedro ausflossen, verloren größere Teile der Lava ihr Gleichgewicht und rutschten ab. Die so gebildeten Erdrutsch-Ablagerungen sind ein wichtiger Teil des ganzen Vulkans geworden. Die meisten Erdrutsche entstanden, als die Lava noch in heißem Zustand war, aber schon so hohe Viskosität hatte, daß sie mit sprödem Bruch abbrach und niederstürzte. Die größeren Brocken davon zeigen radiale, säulige Klüfte, die senkrecht zur Oberfläche laufen. Dies zeigt, daß sie nach dem Abrutschen als einzelne große Brocken gekühlt sind. Es wurde bewiesen, daß der Transportmechanismus dieser heißen Erdrutsche wahrscheinlich sehr ähnlich den nicht-vulkanischen Erdrutschen ist. Bimsstein-pyroklastische Lavadecken sind auch vorhanden, eine befindet sich an der Flanke von San Pedro, während andere die Ignimbrit-Hochebene bilden. Die letztgenannte erhält ebenfalls viele pyroklastische Lavadecken von geringerer Mächtigkeit als jene von San Pedro. Es ist sehr wahrscheinlich, daß auch diese Ignimbrite ihren Ursprung an den andesitischen Vulkanen fanden. Manche von den Ignimbriten sind Rhyolithe, viel saurer als die andesitischen Stratovulkane. Die Trennung der rhyolitischen und andesitischen Laven wurde auf der Erdoberfläche durch Transport vollzogen: die Andesite wurden nahe am Vulkan angehäuft, während die meisten der Rhyolite wegen ihres völlig anderen Eruptionsvorganges weiter entfernt vom Vulkanzentrum abgelagert sind.

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Resumen Los volcanes gemelos de San Pedro y San Pablo se elevan 2000 m. sobre la extensiva altiplanicie ignimbrítica del norte de Chile. El San Pablo yace extínto y fuertemente erosionado, mientras que el San Pedro demuestra actividad fumarólica y ha registrado erupciones en tiempos históricos. En ambos volcanes la actividad se ha desplazado prpgresivamente hacia el occidente. Los volcanes se hallan constituídos por lavas de andesita piroxénica y hornbléndica. Tienen amplias falds de rocas volcanoclásticas, con depósitos de tipo hot avalanche. Treinta nuevos analisis demuestran que las rocas no varían mucho en cuanto a composición química. El porcentaje de sílice es de 56% a 66%, cantidad que supera la de de las rocas volcánicas cuaternarias del mergen pacífico occidental. Las lavas de andesita homblendica alcanzan grandes espesores (de entre 100 y 200 m.), lo que indicaría una alta viscosidad. Cuando una lava de estas brotara en la superficie alta del San Pedro, gran parte de ella devendría inestable, deslizándose y originanado depósitos que ahora constituyen una importante fracción del edificio volcánico. En su mayoriál los depósitos provinieron por disagregación mecánica de la lava paterna, la que fracturó formando bloques mientras se hallaba aun cálida. La presencia de un sistema de un sistema de fracturas perpendicular a la superficie externa de los bloques mas grandes indicaría que estos alcanzaron temperaturas ambientes en el propio sito donde ahora se hallan. El mecanismo de transporte de estos deslizamientos volcanicos no sería muy differente al de los deslizamientos formados por transporte Únicamente terrestre. Flujos piroclásticos con piedra pómez se hallan, uno sobre las faldas del San Pedro, otros constituyendo la altiplanicie ignimbrítica. Estos Últimos se distnguen del primero Únicamente por su mayor volÚmen. Uno que otros probablemente originaron por erupción en los propios volcanes. En su mayoria las ignimbritas son riolíticas, es decir, mas acídas que los estratovolcanes andesíticos. Por lo tanto, ha operado un proceso de separación en transporte superficial, cual proceso ha concentrado las andesitas cerca de su origien, mientras que las riolitas, con su propio estilo eruptivo, se han dispersado más, alcanzando grandes distancias.

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Résumé Les deux volcans San Pedro et San Pablo, hauts de 6000 m, du Chili Septentrional, s'élèvent à 2000 m au-dessus d'un vaste plateau d'ignimbrites. San Pablo est éteint et profondément érodé, tandis que San Pedro montre une activité fumerollienne après plusieurs éruptions survenues au cours de la période historique. L'activité volcanique chez les deux volcans s'est déplacée dans le temps vers l'ouest. Les volcans sont composés de laves d'andésite à pyroxène et à hornblende, avec, sur leurs flancs, des roches volcanoclastiques comprenant des dépÔts dûs à des éboulements chauds. 30 nouvelles analyses chimiques montrent que les limites de composition sont étroites, avec de 56 à 66% de silice, soit une composition nettement plus élevée que celle des roches volcaniques quaternaires du Pacifique Occidental. Etant donné leur épaisseur (100 à 200 m), les laves andésitiques à hornblende doivent avoir eu une viscosité très grande. Dans les endroits élevés de San Pedro où de telles coulées se sont épanchées, une grande partie d'entre elles se sont effondrées. Les produits de ces éboulements forment une partie importante du volcan. La plupart des éboulements se sont produits quand la lave était encore chaude, mais si visqueuse qu'elle s'est fracturée avec une cassure nette pendant l'effondrement. Les blocs les plus grands sont cassés le long de lignes perpendiculaires à leur surface extérieure, ce qui montre qu'ils se sont refroidis sur place après leur effondrement. Cela montre avec évidence que le mécanisme de transport de ces «éboulements chauds» n'est vraisemblablement pas différent de celui des éboulements non-volcaniques. Il y a aussi des coulées de laves pyroclastiques ponceuses, dont une sur les flancs du San Pedro, tandis que d'autres forment le plateau ignimbritique. Le plateau est aussi composé de nombreuses coulées pyroclastiques d'épaisseur moindre que celles du San Pedro. Il est très vraisemblable que les ignimbrites aussi proviennent des volcans andésitiques. Beaucoup d'ignimbrites sont rhyolitiques, encore plus acides que les andésites des stratovolcans. Un processus de séparation au cours du transport a concentré les andésites près du volcan, tandis que la plupart des rhyolites, à cause d'un style d'éruption différent, se sont répandues à plus grande distance.

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