The April 2015 Calbuco eruption pyroclastic density currents: deposition, impacts on woody vegetation, and cooling on the northern flank of the cone

• Romero, Jorge E. ^[1] ; Swanson, Frederick J. ^[8] ; Jones, Julia A. ^[2] ; Morgavi, Daniele ^[3] ; Giordano, Guido ^[4] ; Trolese, Matteo ^[9] ; Aguilera, Felipe ^[5] ; Izquierdo, Tatiana ^[6] ; Perugini, Diego ^[7]
  1. [1] Universidad de O'Higgins

     Universidad de O'Higgins

     Rancagua, Chile

     
  2. [2] Oregon State University

     Oregon State University

     Estados Unidos

     
  3. [3] University of Naples Federico II

     University of Naples Federico II

     Nápoles, Italia

     
  4. [4] Roma Tre University

     Roma Tre University

     Roma Capitale, Italia

     
  5. [5] Universidad Católica del Norte

     Universidad Católica del Norte

     Antofagasta, Chile

     
  6. [6] Universidad Rey Juan Carlos

     Universidad Rey Juan Carlos

     Madrid, España

     
  7. [7] Università di Perugia

     Università di Perugia

     Perusa, Italia

     
  8. [8] Pacific Northwest Research Station, U.S. Forest Service, Corvallis, Oregon, 1220 SW 3rd Ave. Suite 1400, Portland, OR 97204, United States
  9. [9] Jackson School of Geosciences, The University of Texas, 2305 Speedway, Stop C1160, Austin, TX 78712-1692, United States

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• Localización: Andean geology: Formerly Revista geológica de Chile, ISSN-e 0718-7106, ISSN 0718-7092, Vol. 50, Nº. 3, 2023, págs. 319-345
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Las corrientes de densidad piroclástica de la erupción del volcán Calbuco en abril de 2015: depositación, impactos sobre la vegetación leñosa y enfriamiento en el flanco norte del cono
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• Resumen
  • español

    La erupción del volcán Calbuco (Andes del Sur, Chile), entre el 22 y 23 de abril de 2015, provocó extensas interacciones entre las corrientes piroclásticas de densidad (CDP) con la vegetación. En este trabajo se describen las CDP que afectaron a los ríos Tepu y Frío, al norte del Calbuco, desde su cronología y depositación hasta su enfriamiento y erosión, así como su impacto en los bosques. Nuestra investigación se basa en la estratigrafía de campo, la evaluación de la perturbación forestal y la geotermometría a partir de pipas de desgasificación y carbón vegetal. Estas CDP alcanzaron al menos ~540-603 °C, según las estimaciones de las fumarolas, y consistieron tanto en corrientes concentradas como diluidas durante el primer pulso (22 de abril) en el Tepu y principalmente durante el segundo pulso (23 de abril) en el Frío. Los efectos de las CDP en la vegetación forestal registrados en el Tepu consistieron en calentamiento, abrasión, enterramiento y fuerza de impacto. En el fondo del valle, los árboles quedaron enterrados incluso bajo 4 m de depósitos de CDP concentradas, y todos murieron sin brotar. Por el contrario, en los márgenes del valle, los árboles caídos defoliados y los arbustos en pie indican quemaduras debidas al paso de CDP diluidas, y algunos de ellos brotaron. Las fuerzas de impacto estimadas necesarias para derribar los árboles oscilan entre 1,5 y 3,7 kPa, y las velocidades de las CDP alcanzaron hasta 36 m s-1. La carbonización de la madera enterrada supuso una temperatura de emplazamiento de 400-550 °C dentro de los depósitos de CDP. La rápida formación de drenajes puede haber facilitado la infiltración, disminuyendo la temperatura en la parte basal de los depósitos en el río Tepu. La escorrentía durante los meses posteriores desencadenó lahares secundarios y provocó que los ríos incidieran en los depósitos y transportaran sedimentos río abajo. Este conjunto de observaciones proporciona valiosos conocimientos sobre la interacción entre los fenómenos volcánicos y el bosque ribereño en los fondos de valle, la cual es importante para comprender los procesos, la dinámica y los impactos de la erupción. Nuestro estudio también es relevante para interpretar la historia térmica y los peligros potenciales de las CDP.

  • English

    The 22-23 April 2015 eruption of the Calbuco volcano (Southern Andes, Chile) led to extensive pyroclastic density currents (PDCs) interactions with vegetation. We seek to describe the PDCs which affected both Tepu and Frío rivers, northern Calbuco, from their timing and deposition to cooling and erosion, as well as their impacts on forests. Our investigation is based on field stratigraphy, forest disturbance assessment, and geothermometry from degassing pipes and charcoal. These PDCs reached at least ~540-603 °C, as estimated from fumaroles, and consisted of both concentrated and dilute PDCs during the first pulse (22 April) at Tepu and mainly during the second pulse (23 April) at Frío. Effects of PDCs on forest vegetation recorded in Tepu consisted of heating, abrasion, burial, and impact force. On the valley floor, trees were buried with up to 4 m of deposits from the concentrated PDCs, and all trees in this deposition zone died with no subsequent sprouting. Conversely, in the margins of the valley, defoliated fallen trees and standing shrubs indicate scorching due to the passage of dilute PDCs, and some of them were later sprouting. Estimated impact forces required to produce toppling range from 1.5 to 3.7 kPa, and PDC velocities reached up to 36 m s-1. Charring of the buried wood involved an emplacement temperature of 400-550 °C within PDC deposits. The rapid watershed formation may have facilitated infiltration, decreasing the temperature in the basal part within the deposits at the Tepu river. Runoff during the subsequent months triggered lahars and caused the rivers to incise the deposits and transport sediment downstream. This set of observations provides valuable insights into how the interaction between volcanic phenomena and margine forest on the valley floors informs eruptive processes, dynamics, and impacts. Our study is also relevant to interpret the thermal history and potential hazards of PDCs.