Descripción y reflectancia de maderas carbonizadas por el último ciclo eruptivo del Volcán Doña Juana (Nariño, Colombia), entre 1897-1936 AD

Rafael E. Lozano-Gutiérrez1, Natalia Pardo2 & Catalina González1

1 Laboratorio de Palinología y Paleoecología Tropical, Departamento de Ciencias Biológicas,

Universidad del os Andes, Colombia

2 Departamento de Geociencias, Universidad de los Andes, Colombia

1. Resumen

Las erupciones volcánicas son eventos estocásticos que tienen repercusiones en los ecosistemas en la medida en que alteran la composición física y química del ambiente. Por esta razón su estudio representa el entendimiento de las dinámicas del pasado para recuperar la historia natural de un sitio, al tiempo que brinda información para enfrentar futuros eventos. Para conocer la temperatura de las corrientes de densidad piroclástica recientes producidas por el volcán Doña Juana (Nariño), en este trabajo se implementaron estrategias paleocológicas a partir de maderas quemadas como bioindicadores. En específico, se buscó determinar la temperatura mínima de quema de carbones vegetales encontrados en los depósitos piroclásticos teniendo en cuenta el incremento directo del porcentaje de reflectancia producto de la carbonización con dicha temperatura. Empleando un espectrofotómetro sobre la superficie pulida de las maderas carbonizadas muestreadas, se obtuvieron porcentajes de 3.13 y 3.23% de reflectancia. Además mediante radiografía de rayos-x fue posible tener una primera cuantificación de los cambios en densidad de los carbones por sus diferencias en la absorbancia como producto de la atenuación del material. Es así como una de las muestras parcialmente quemada describe un incremento de conteo de fotones por segundo en las regiones menos quemadas que son de mayor densidad, a diferencia de una muestra totalmente quemada cuya densidad aparente es menor y se mantiene con tendencia uniforme. Por lo anterior, este trabajo brinda un primer acercamiento a la implementación de identificación taxonómica a la orden del contexto de la inferencia de temperaturas de emplazamiento a partir carbones vegetales para la reducción de sesgo, asimismo, el uso de absorbancia de rayos-x como una nueva posible metodología para la inferencia de temperaturas que puede ser explorada en futuros estudios.

2. Introducción

Los eventos volcánicos son de carácter estocástico y poseen diferentes naturalezas y magnitudes (Payne & Egan, 2017). Además, las erupciones volcánicas tienen un impacto significativo en los ecosistemas por sus efectos sobre la vegetación, el suelo y el paisaje como son fragmentaciones del bosque, cambios fisicoquímicos en la composición del suelo que cambia la disponibilidad de nutrientes alterando el nicho a colonizar y creando la posibilidad de nuevos bosques o cambios del paisaje en un contexto general (Payne & Egan, 2017;

Scott, 2010). Por esta razón, el entendimiento de los sucesos del pasado sirve para entender las dinámicas de sucesión y resiliencia ecológica y asimismo resulta siendo una herramienta para evaluar de forma equivalente posibles eventos futuros (Payne & Egan, 2017). Debido a lo anterior, el desarrollo de técnicas paleoecológicas es de interés en diversos campos con el objetivo de caracterizar y cuantificar los efectos que produjeron distintos eventos del pasado y poder predecir posibles acontecimientos futuros. Un ejemplo de esto es la implementación de modelos matemáticos que incluyen la estimación de temperaturas de emplazamiento para predecir las dinámicas eruptivas y entender los peligros que estos representan para las poblaciones aledañas (Caricchi et al., 2014). El Complejo Volcánico Doña Juana (CVDJ) está ubicado entre los departamentos de Nariño, Cauca y Putumayo, al suroccidente de Colombia. Este complejo, cuya actividad inició hace ca. 1Ma, comprende un edificio volcánico actual activo, denominado Doña Juana Joven, conformado por un complejo de domos extruidos en una depresión morfotectónica central y rodeados por flujos piroclásticos (Pardo et al. 2018). Existen evidencias de múltiples erupciones ocurridas en los últimos 5 ka por el Doña Juana Joven, que han alternado eventos efusivos (domos de lava) con explosivos (corrientes de densidad piroclástica y balísticos (Navarro et al., 2009), cuyos depósitos pueden encontrarse a lo largo de los drenajes de la cuenca alta del río Juanambú (Pardo et al. 2018). En los depósitos de las erupciones explosivas de los últimos 5 ka se han encontrado diferentes macro-restos vegetales como maderas carbonizadas, de las cuales varias pertenecen al ciclo eruptivo de 1897-1936 AD (Pardo et al., 2018). Este ciclo fue reportado por Espinoza (2011), documentando múltiples fatalidades y pérdidas causadas a la población aledaña de Las Mesas. Para las investigaciones vulcanológicas orientadas a comprender mejor las dinámicas de las corrientes de densidad piroclástica (CDPs) y sus potenciales peligros, es de interés la determinación de la temperatura de emplazamiento; es decir, la temperatura que alcanzaron tales CDPs. El estudio de los macro-restos vegetales preservados dentro de las capas de cenizas antiguas permite avanzar en el conocimiento sobre la conformación de las condiciones ambientales post-eruptivas (área quemada, desarrollo de paleosuelos, etc.) (Caricchi et al., 2014). Pero más relevante aún, el estudio de las maderas carbonizadas permite estimar indirectamente las condiciones térmicas de emplazamiento mediante análisis de reflectancia. En los últimos años se ha desarrollado esta técnica en zonas templadas, a partir del análisis paleoecológico basado en el nivel de reflectancia emitido por carbones vegetales (Scott, 2010; Pensa et al., 2015; Caricchi et al., 1014; Ascough et al. 2010). Según ha sido demostrado en el proceso de emplazamiento, las altas temperaturas y las condiciones anóxicas generan cambios conformacionales en las maderas debido a que distintas reacciones suceden a temperaturas diferentes. Como resultado, la carbonización tiene distintas fases en las cuales se encontró una relación directa entre el porcentaje de reflectancia emitida por la estructura y la temperatura de formación (Jones et al., 1991), de manera similar a lo que se ha encontrado con otras técnicas

basadas en magnetización (Payne & Egan, 2017). Es así como esta herramienta permite potencialmente determinar la temperatura de los flujos volcánicos pasados. Hasta ahora, la calibración reflectancia vs. temperatura se ha hecho a partir de pocos especímenes para los cuales se conoce su identidad taxonómica y cuyas inferencias han sido comprobadas experimentalmente y en campo. Tal es el caso de un hongo Ganoderma y una sequoia (Pensa et al., 2015; Scott & Glasspool, 2005). No obstante, lo anterior implica que extrapolar las curvas de calibración existentes a maderas tropicales resultaría en una potencial fuente de sesgo dadas las diferencias en la estructura interna de los troncos y procesos diagenéticos como la oxidación post-deposicional (Ascough et al., 2010). La anatomía comparada de maderas es una herramienta que se centra en la composición y organización celular del xilema secundario según tres orientaciones espaciales que brindan la oportunidad de identificar los especímenes (Wheeler et al., 1989). La principal ventaja del método consiste en que no es necesario la obtención de la arquitectura general de la planta que generalmente incluye flores y/o frutos (Dirr, 1998; Gentry, 1996), por lo que es dependiente de la temporalidad y condiciones del árbol. De este modo, su uso resulta innovador en el ámbito vulcanológico para la reconstrucción de paleo bosques o como una herramienta para estudios de erupciones que necesiten la determinación de la temperatura mínima de formación. Adicionalmente, con el uso de un espectrofotómetro es posible hacer un análisis preliminar de la reflectancia emitida por los carbones vegetales para un espectro amplio de luz que abarque distintas longitudes de onda, y así evaluar la posible existencia de picos de reflectancia. También es posible evaluar si el proceso de quema fue uniforme o presenta un patrón diferencial de reflectancia conforme la medida se toma en diferentes regiones de los carbones (en altura y en profundidad). Lo anterior se podría correlacionar con un decaimiento de la temperatura en los procesos de quema producto de la densidad u otros factores como la humedad almacenada al interior de la madera y que en su momento actuaron a manera de defensa térmica (Manquais, 2010). Del mismo modo se puede evaluar las variaciones de reflectancia a lo largo de gradientes por distancia geográfica respecto a los centros eruptivos y así determinar tasas de enfriamiento por desplazamiento para las CDPs (Caricchi et al., 1014; Scott, 2010). Por primera vez se propone el uso de la anatomía comparada de maderas tropicales para, una vez conocida la identidad taxonómica de las maderas carbonizadas, se puedan construir curvas de calibración de reflectancia vs. temperatura ajustadas a las condiciones tropicales y se puedan emplear como línea base para reconstruir temperaturas y patrones de emplazamiento en sistemas volcánicos tropicales. Preguntas de investigación

¿Se puede determinar la identidad taxonómica de una de las maderas carbonizadas encontrada dentro del depósito del ciclo eruptivo 1897-1936 del volcán Doña Juana? ¿Cuál es el patrón de reflectancia para la madera carbonizada de interés? ¿Según las curvas de calibración existentes y los datos de reflectancia obtenidos, cuál es la temperatura mínima de emplazamiento de la CDP del ciclo eruptivo 1897-1936? Objetivos generales

Describir las maderas carbonizadas por actividad volcánica explosiva,

mediante diversas técnicas

Hacer un análisis preliminar de la reflectancia de maderas carbonizadas

provenientes del último ciclo eruptivo 1897-1936 para el CVDJ.

Objetivos Específicos

Analizar microanatómicamente los carbones

Emplear técnicas de microtomografía computarizada (Medipix3 RX) para

complementar la descripción de las maderas carbonizadas

Asignar una identidad taxonómica a los carbones

Evaluar de la reflectancia de las maderas mediante espectofotómetro

manual

Evaluar variaciones en la densidad mediante absorbancia de rayos-x

Estimar temperaturas de emplazamiento con base en las medidas de

reflectancia y las curvas de calibración existentes.

5. Métodos Descripción e identificación de muestras Se recogieron fragmentos de troncos carbonizados de un depósito piroclástico perteneciente al último ciclo eruptivo del Doña Juana, cuyas litofacies fueron reportadas por Pardo et al., (2018) como provenientes de flujo piroclástico. Las muestras se procesaron en el Laboratorio de Palinología Tropical y Paleoecología de la Universidad de los Andes (PALEO), donde se dejaron secar durante un periodo mínimo de una semana. Las muestras seleccionadas para identificación por su calidad de preservación estructural y tamaño fueron las muestras A-07 y A-08, que se cortaron en pequeños bloques para micrótomo. Debido a la fragilidad del carbón vegetal, fueron previamente embebidos en Poli-etilenglicol 2000. Los bloques al momento de corte fueron orientados y la superficie de interés se adhirió a una lámina de acetato para garantizar la integridad de la muestra y que esta no se deshiciera por acción de la fricción de la cuchilla. Se realizaron cortes de la

sección transversal (xs), longitudinal radial (rls) y longitudinal tangencial (tls) usando un micrótomo rotatorio Leica RM2125 RTS con un espesor de 25 µm. El resultado final fue depositado en el Laboratorio de Palinología y Paleoecología de la Universidad de los Andes, Colombia. Adicionalmente, para obtener una reconstrucción tomográfica a diez aumentos, se usó el sensor microtomagráfico Medipix3 RX dispuesto a 10cm del objeto y acoplado a una fuente de emisión de rayos-x Hamamatsu L10321 con ánodo W;

configurada con un voltaje igual a 28kV, potencia de 180 A y una distancia al sensor de 100 cm. Se empleó un cubo de 0.7x0.7x0.2 cm de forma tal que estuviera alineado el centro de rotación con la emisión de rayos-x y el sensor. El tiempo de exposición fue calculado mediante el conteo de fotones por pixel de manera que en la región de mayor densidad de la muestra obtuviera un conteo mínimo de 4000 y asegurar un buen soporte estadístico corregido por Flat Field. Posteriormente, se tomaron 1200 proyecciones cada 0.03°. El set de datos de cada rotación fue revisado y corregido mediante MatLab. Las imágenes fueron ensambladas y visualizadas mediante el software Octopus Reconstruction/Visualizer. Las secciones de madera se describieron y fotografiaron usando un microscopio Axio Imager A2 (Carl Zeiss, Jena). Todas las descripciones micro-anatómicas se realizaron bajo los criterios de la Asociación Internacional de Anatomistas de la Madera (IAWA) (Wheeler et al., 1989), de acuerdo con las especificaciones y recomendaciones del texto para ser contrastadas contra la bases de datos InsideWood para la determinación taxonómica de la muestra. Análisis preliminar de reflectancia Para el análisis preliminar de reflectancia los datos fueron tomados usando un espectrofotómetro Ocean Optics USB4000 y una fuente de luz halógena de deuterio DH-2000 acoplada con una fibra óptica QP400-2-UV-VIS con un diámetro de 400 µm. La luz fue reflejada en la superficie con un ángulo de 49.4° según lo estimado por la ley de Nell (eq. 1.) para garantizar una difracción de la luz igual al del aceite de inmersión utilizado por Scott y colaboradores (2007) de índice 1.518.

𝑛 = sin 𝑖

sin 𝑟

Ecuación 1. Ley de Nell para refracción de un haz de luz incidente. La variable n es el índice de refracción que en este caso es de valor 1.518, i equivale al ángulo de incidencia de un haz luz y r es la refracción de dicho haz en el segundo medio. Para este caso se tomó una refracción de 30° debido a que la madera es de mayor densidad que el aire.

El espectrofotómetro fue calibrado usando un blanco estándar antes de medir cada punto de la muestra y se registró la intensidad de luz reflejada entre 350 y 700 nm fijándose en 546 nm (Ascough et al.,2010; Hudspith et al., 2010) en un cuarto oscuro. De la muestra A-08 se midieron 100 puntos aleatorios en la superficie transversal pulida y se estableció el porcentaje de reflectancia aleatoria

promedio (Rap) con su respectiva desviación estándar, (Hudspith et al., 2010). Los datos de reflectancia obtenidos fueron graficados mediante el paquete “pavo” en R versión 3.5.0. La temperatura mínima de formación fue determinada mediante la curva de calibración propuesta por Scott y colaboradores (2005) y analizada por Pensa y colaboradores (2018). Análisis preliminar de absorbancia de rayos-x Para tomar imágenes de absorbancia de rayos-x se cortaron bloques de 1cm de grosor para asegurarse que los cambios en absorbancia fueran producto de la densidad y no de la cantidad de muestra según la relación de absorbancia de la luz por el material atravesado como es descrito en la ley de Beer-Lambert. Los bloques fueron cortados desde la superficie hasta la médula del tronco de las muestras A-07 y A-08 orientadas en sección transversal (Fig. 1). La muestra A-07 se encuentra parcialmente quemada de afuera hacia dentro y en la región interna la madera se encuentra lignificada y levemente carbonizada. A diferencia, la muestra A-08 se encuentra en un estado completamente carbonizado y como explican Bird y colaboradores (2008) existe una densidad diferencial entre las maderas según las temperaturas de quema que explican cambios en la composición de la lignina por reacción térmica a altas temperaturas.

Figura 1. Esquema de puntos de medición de reflectancia en plano transversal.

Se tomaron imágenes bidimensionales empleando el sensor microtomagráfico Medipix3 RX dispuesto a 3cm del objeto y la fuente de rayos-x configurada igual que en el numeral anterior pero a una distancia al sensor de 40 cm. El tiempo de exposición fue calculado tomando la región más densa de la muestra y asegurándose que la imagen obtuviera un conteo superior a 4000 pixeles por segundo, equivalente a 80 s para todas las imágenes. Luego para la corrección Flat Field el tiempo estimado fue de más de 10 veces el tiempo de exposición de las muestras. Una vez fueron tomadas las imágenes se hizo la corrección restando el Flat Field a cada imagen en MatLab y posteriormente se normalizaron las radiografías para garantizar que la escala de color fuera equivalente entre todas según los conteos por segundo y poder ser comparables entre sí. Finalmente, se registraron los conteos por segundo promedio en cinco zonas aleatorias de 50 x 50 px en cada una de las imágenes mediante el software

ImageJ como basados en método propuesto por Hervé et al. (2014) y se graficaron usando el paquete “ggpubr” en R versión 3.5.0. 6. Resultados y discusión Descripción anatómica La muestra A-07 fue descrita y posteriormente identificada como un ejemplar del género Nectandra de la familia Lauraceae (anexo, tabla 1). Las especies candidatas son N. puberula y N. globosa según los registros descritos en InsideWood. Los principales rasgos taxonómicos son la presencia de células oleosas asociadas a los radios, cuyas células son procumbentes con una o dos hileras de celulas erguidas (Fig. 2C y 3C) en los extremos. Los radios son de tres a diez células de grosor. Las fibras son de pared delgada a gruesa (Fig. 2A) con punteaduras simples y pueden presentar septos o no. Las platinas de perforación son escalariformes con menos de diez barras (Fig. 2B) y los vasos no presentan un patrón definido pero se agrupan solitarios o en parejas en su mayoría, al no presentar cambios en tamaño notorio se clasifica como una madera de porosidad difusa.

Figura 2. Cortes histológicos de la muestra A-07. A) Vista transversal, se aprecian vasos solitarios sin terminaciones angulares. B) Detalle tangencial de las platinas de perforación escalariformes de menos de 10 barras (b). C) Vista radial, se señalan las hileras de células erguidas terminales (b) en el extremo del radio y cuya parte interna está conformada de células procumbentes.

Figura 3. Reconstrucción tomográfica a 10X de la muestra A-07. A) volumen 3D de la de la muestra orientada en los tres ejes descriptivos. B) Vista transversal, se distinguen vasos, fibras y radios. C) Vista radial, se confirma la conformación de los radios con células erguidas (b) terminales en los radios.

Como se muestra en figura 4 la muestra A-08 consiste en un tronco totalmente carbonizado de unos 45 cm de largo y que conserva su estructura. El ejemplar no presenta signos de descomposición pero poseía distintas incrustaciones de minerales y componentes de suelo que lo recubrían. Asimismo, en la parte externa se encontraban raíces jóvenes que proceso de penetración debido a la fragilidad del ejemplar.

Figura 4. Detalles macroscópicos de la muestra A-08. A) Vista transversal, no se observan anillos de crecimiento visibles y aparentemente la muestra fue carbonizada de forma uniforme. B) detalle macro de la región interna de la madera, Se pueden apreciar detalles microanatómicos del eje tangencial y se observa fragmentación parcial del tronco carbonizado. C) Detalle general desde una perspectiva longitudinal, el ejemplar mide aproximadamente 45 cm de largo.

La muestra A-08 fue descrita y posteriormente identificada como un posible miembro del género Schefflera y como opción alternativa del género Symplocos (anexo, tabla 1) debido a la concordancia de especies descritas en InsideWood. Dentro de los caracteres taxonómicos principales se encuentra la ausencia de anillos de crecimiento y patrón de porosidad definido. Sus vasos se encuentran en la mayoría de casos solitarios (lumen entre 50-100 µm) (Fig. 5 y 7) y sus platinas de perforación fueron catalogadas como escalariformes de 20 a 40 barras (Fig. 6b y c). Las punteaduras entre vasos tienen un arreglo opuesto y alterno con un tamaño que varía entre 4 a 10 µm. Las fibras son de pared delgada y no septadas y los radios de uno a tres células de grosor (Fig. 6a), conformadas por células procumbentes en la región media y una o dos filas de células erguidas en los extremos (Fig. 7).

Figura 5. Corte transversal de la muestra A-08. Se aprecian vasos solitarios y fibras/traquiedas de pared delgada.

Figura 6. Cortes tangenciales de la muestra A-08 A) detalle de la conformación de radios de máximo tres células de grosor (a). B) radios intercalados con elementos del vaso en los que se diferencian las platinas de perforación escalariformes (b). C) Detalle de una platina de perforación (b) parcialmente destruida.

Figura 7. Reconstrucción tomográfica a 10X de la muestra A-08. A) Vista tangencial, se observan los radios a través del plano. B) reconstrucción del volumen 3D con cortes en los planos tangencial, radial y transversal. C) Vista transversal, vasos (circunferencias de mayor tamaño y negras) solitarios y sin patrón de porosidad. D) Vista radial, se observa el arreglo de las fibras no segmentadas y la conformación de radios a partir de células procumbentes con una a dos líneas de células cuadradas/erguidas en la zonas terminales (a).

Análisis preliminar de reflectancia y aproximación a la temperatura mínima de formación Las curvas representadas en las figuras 8 y 9 muestran el porcentaje de reflectancia medido entre 350 y 700 nm para la sección transversal y longitudinal respectivamente de la muestra A-08. En ambas curvas se aprecia una tendencia creciente desde los 510 nm y en el rango comprendido desde 350 a 510 nm

tendencia de pendiente negativa. Sin embargo, no se aprecian picos significativos en el espectro de luz estudiado. El punto de referencia para la inferencia de temperatura de formación es de 546 nm, en ambos casos este punto se encuentra en el intermedio de una pendiente positiva. De esta manera, se puede corroborar que una longitud de onda igual a 546 nm es un punto efectivo para las estimaciones de temperatura. Por lo anterior, teniendo en cuenta las medidas de reflectancia 3.13 y 3.23%, la temperatura mínima de emplazamiento de la CDP obtenida en este estudio, oscila entre los valores de 524 y 528 °C. No obstante, la temperatura inferida en este estudio representa un intervalo demasiado alto y poco realista para una CDP Según lo reportado en diferentes estudios (Pensa et al., 2015; Scott & Glasspool, 2005; Pensa et al., 2018; Ascough et al., 2010; Caricchi et al., 1014) en los cuales los valores van de 200 a 500 °C. Posibles fuentes de sesgo podrían estar relacionadas con diferencias metodológicas propuestas y deben ser evaluadas en un futuro. Las principales diferencias radican en la técnica para estimar reflectancia. En el estudio de petrografía de carbones se emplean aceites de inmersión y se controlan cuidadosamente los ángulos de incidencia de los haces de luz, a diferencia de los refractómetros manuales que no tienen en cuenta ninguno de los dos factores. Habría que hacer un ejercicio de comparación sistemática con ambas técnicas para entender esta diferencia. Algunos ejercicios preliminares con técnicas de petrografía de carbones sugieren que efecto estas estimaciones arrojan valores de reflectancia de 0.63% y por tanto estaríamos hablando de temperaturas cercanas a los 325 – 330°C. Sin embargo, es necesario confirmar esta información. Adicionalmente, el uso de aceites de inmersión con diferentes índices de refracción que se emplea en microscopia, pueden tener un efecto en la reflectancia de las muestras, donde el haz de luz incidente en el sensor no presenta un menor ángulo de refracción por lo que se hipotétiza el valor de reflectancia aumenta. Así mismo, el uso de luz monocromática producto del filtro restringe la longitud de onda de interés, el espectrofotómetro en cambio puede presentar interferencia con otras longitudes de onda cercanas del espectro emitido y adicionalmente, la luz ambiental que se registra como una línea base entre mediciones.

Figura 8. Patrón del porcentaje de reflectancia desde los 350 a 700 nm medidos en la superficie transversal de la muestra A-08. La línea roja representa el promedio de los valores para cada punto del espectro de luz, la sombra equivale a la desviación estándar del conjunto de datos. La intersección de la línea punteada el valor de reflectancia a los 546 nm equivalente a 3.23 % de reflectancia.

Figura 9. Patrón del porcentaje de reflectancia desde los 350 a 700 nm medidos en la superficie lateral longitudinal de la muestra A-08. La línea roja representa el promedio de los valores para cada punto del espectro de luz, la sombra equivale a la desviación estándar del conjunto de datos.

La intersección de la línea punteada el valor de reflectancia a los 546 nm equivalente a 3.13 % de reflectancia.

Análisis preliminar de absorbancia de rayos-x Las imágenes bidimensionales son mostradas en la figura 10. Donde se muestra el mosaico de radiografías usadas para la cuantificación de la absorbancia de rayos-x por parte de las maderas carbonizadas. La muestra A-08 conserva una densidad relativamente constante según la escala de grises; en las zonas más oscuras se evidencia la poca absorción de rayos-x mientras que zonas más claras representan una mayor densidad. En cambio la muestra A-07 presenta cambios notorios de coloración, pero se debe recalcar que en el primer centímetro se aprecian zonas de alta densidad debido a contaminación no específica de componentes minerales. Entre la grietas naturales en la superficie de la muestra donde se insertan partículas de otros componentes orgánicos y minerales (Bird et al., 2008) .Para poder corregir lo anterior lo ideal sería asegurar la eliminación de una primera capa de material contaminado de manera previa a la toma de imágenes radiológicas para asegurarse que la atenuación sea debida a los componentes de la madera y no a componentes tafonómicos.

Figura 10. Imágenes de radiográficas de las muestras A-07 (región superior) y A-08 (región inferior) organizadas por según su posición espacial desde la parte externa a la interna (de izquierda a derecha).

Al comparar las muestras A-07 y A-08 se puede observar que la muestra A-08 mantiene una variación menor de conteos de fotones por segundo a través del plano transversal (Fig. 11), de forma tal que se puede asociar a un proceso de carbonificación uniforme a través del xilema. La muestra A-07 sin embargo, demuestra un incremento en absorbancia en la parte más interna del tronco (sin tener en cuenta el primer centímetro que contiene materia absorbente no

especifica) que se relaciona a un proceso no uniforme que quema; el interior de la muestra A-07 no se encuentra quemado; por el contrario, en este se encuentra material lignificado. La situación anterior implica que los cambios de densidad del xilema debidos a cambios composicionales en la lignina y componentes secundarios se pueden diferenciar por el grado de absorbancia de los rayos-x. Una muestra que haya pasado por mayores temperaturas pierde un mayor grado de densidad y, por consiguiente, de absorbancia. No obstante, para garantizar el escenario anterior se debe encontrar la manera apropiada de encontrar el valor exacto del índice de atenuación de la formación de carbones según la temperatura.

Figura 11. Representación de la absorbancia de rayos-x medida en conteos por segundo según la distancia en centímetros desde la superficie hasta la medula de las muestra A-07 (en rojo) y A-08 (en azul). Las barras de error indican la desviación estándar y el punto de unión de las rectas el valor promedio.

7. Conclusiones En el último ciclo eruptivo del Volcán Doña Juana se produjeron sucesiones de CDPs que sepultaron troncos a lo largo de las cuencas de los ríos. Las maderas quemadas por uno de los últimos sucesos eruptivos presentan diferentes grados de carbonización. La muestra A-07 fue identificada como Nectandra globosa o N. puberula miembro de la familia Lauraceae y la muestra A-08 como un representante de los géneros Symplocus (Symplocaceae) o Schefflera (Arialiaceae) que se pudieron determinar gracias al alto grado de conservación de las estructuras microanatómicas y a la combinación de técnicas de histología tradicionales y de tomografía computarizada (Medipix3 RX).

Las inferencias preliminares de temperatura de emplazamiento mediante el análisis de reflectancia (con espectrofotómetro manual) de madera carbonizada indican temperaturas mínimas entre 524 y 528 °C. Estos valores, sin embargo, están muy por encima de los valores reportados para flujos piroclásticos dacíticos y asociados a explosiones vulcanianas, como es el caso del último ciclo eruptivo del CVDJ. Posibles factores que deberán ser evaluados a futuro son: la idoneidad del espectrofotómetro manual para estimar la reflectancia de los carbones; el uso de aceites de inmersión con diferentes índices de refracción, y fuentes contaminación lumínica ambiental. No obstante, es importante recalcar que la calibración empleada proviene de datos de especies de plantas del grupo de las gimnospermas cuya estructura celular y componentes secundarios son distintos lo y que potencialmente da origen a una fuente de sesgo adicional. Por esta razón, además del perfeccionamiento metodológico del estudio, es importante la generación de nuevas calibraciones que ayuden a entender y evitar estas fuentes de error. Este primer ejercicio permitirá a futuro establecer una curva de calibración mediante quema controlada en condiciones anóxicas, de un representante de los géneros propuestos donde se relacione la temperatura experimental con los valores de reflectancia del espectrofotómetro bajo condiciones controladas para la obtención de una curva estándar para regiones tropicales. Adicionalmente, se demostró que el decaimiento de la densidad de las maderas carbonizadas puede ser cuantificado mediante la absorbancia de rayos-x, pero aún se debe explorar la manera más adecuada de encontrar el índice de atenuación de forma más precisa y como esta se podría relacionar con la temperatura de formación. Por lo anterior, futuras direcciones deberían enfocarse en asociar la temperatura de formación de maderas carbonizadas con su porcentaje de reflectancia y absorbancia de rayos-x, para generar curvas de calibración apropiadas para vegetación tropical. Con dicha curva, podría contarse con un método efectivo y rápido para la inferencia de temperaturas que no requiera una preparación de la muestra más allá de estandarizar el tamaño y una identificación taxonómica debido a la variación de densidad particular de cada especie. Agradecimientos Se agradece de forma especial al Proyecto Doña-Juana y al portafolio de Ecología Histórica y Memoria Social por brindarnos las muestras e información de todo el contexto volcánico y geológico de la zona. Al Grupo de Eco-fisiología, Comportamiento y Herpetología (Gecoh); especialmente a Pablo Palacios por el préstamo y capacitación del espectrofotómetro. Al laboratorio de Altas energías de la Universidad de los Andes; especialmente al profesor Carlos Ávila y a Gerardo Roque por su ayuda y tratamiento de datos para la toma de imágenes 3D e imágenes de absorbancia de rayos-x. Al departamento de Geociencias por su

colaboración para la producción de la sección delgada de carbones a cargo de Ivette Cucunubo .Al profesor Ariel Cadena del laboratorio petrográfico de carbones de la Universidad Nacional por los primeros ensayos de reflectancia en petrografía de carbones. Finalmente, al grupo de investigación de profesor Guido Giordano por su colaboración y guía en el contexto de carbones vegetales de origen volcánico. 8. Referencias Ascough, P. L., Bird, M. I., Scott, A. C., Collinson, M. E., Cohen-Ofri, I., Snape, C. E., & Le Manquais, K. (2010). Charcoal reflectance measurements: implications for structural characterization and assessment of diagenetic alteration. Journal of Archaeological Science, 37(7), 1590-1599. Bird, M. I., Ascough, P. L., Young, I. M., Wood, C. V., & Scott, A. C. (2008). X-ray microtomographic imaging of charcoal. Journal of Archaeological Science, 35(10), 2698-

2706. Caricchi, C., Vona, A., Corrado, S., Giordano, G., & Romano, C. (2014). 79 AD Vesuvius PDC deposits' temperatures inferred from optical analysis on woods charred in-situ in the Villa dei Papiri at Herculaneum (Italy). Journal of Volcanology and Geothermal Research, 289, 14-25.

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Anexo

Tabla 1. Resumen de caracteres taxonómicos utilizados de la identificación de las

muestras según los criterios de la Asociación Internacional de Anatomistas de la Madera

(IAWA). La equis (x) representa el estado de carácter asociado, (v) es carácter variable y

(p.u.) representa presencia desconocida por sus siglas en inglés “Presence Unknown”.

SAMPLE#: MUESTRA A-08 SAMPLE#: MUESTRA A-07

IAWA # IAWA Item Description Present Absent Present Absent

Growth Rings

1 Growth ring boundaries distinct x v

2 Growth ring boundaries indistinct or absent x v

Vessels porosity

3 Wood ring-porous x x

4 Wood semi-ring-porous x x

5 Wood diffuse-porous x x

Vessel arrangement

6 Vessels in tangential bands x x

7 Vessels in diagonal and / or radial pattern x x

8 Vessels in dendritic pattern x x

Vessel groupings

9 Vessels exclusively solitary (90% or more) x x

10 Vessels in radial multiples of 4 or more common x x

11 Vessel clusters common x x

Solitary vessel outline

12 Solitary vessel outline angular x v

Perforation plates

13 Simple perforation plates x p.u.

14 Scalariform perforation plates x v

15 Scalariform perforation plates with <= 10 bars x x

16 Scalariform perforation plates with 10 - 20 bars x x

17 Scalariform perforation plates with 20 - 40 bars x x

18 Scalariform perforation plates with >= 40 bars x

19 Reticulate, foraminate, and / or other types of

multiple perforation plates x

Intervessel pits: arrangement and size

20 Intervessel pits scalariform x x

21 Intervessel pits opposite x x

22 Intervessel pits alternate x x

23 Shape of alternate pits polygonal x v

24 Minute - <= 4 µm x

25 Small - 4 - 7 µm x

26 Medium - 7 - 10 µm x

27 Large - >= 10 µm x

Vestured pits

29 Vestured pits p.u. x

Vessel - ray pitting

32 Vessel-ray pits with much reduced borders to apparently simple: pits horizontal

(scalariform, gash-like) to vertical (palisade)

x

Mean tangential diameter of vessel lumina

40 <= 50 µm x

41 50 - 100 µm x

42 100 - 200 µm x

43 >= 200 µm x

46 <= 5 vessels per square millimetre x

47 5 - 20 vessels per square millimetre x

48 20 - 40 vessels per square millimetre x

49 40 - 100 vessels per square millimetre x

50 >= 100 vessels per square millimetre x

58 Gums and other deposits in heartwood vessels x

Wood vesselless

59 Wood vesselless x x

Tracheids and fibres

61 Fibres with simple to minutely bordered pits x

65 Septate fibres present x

Fibre wall thickness

68 Fibres very thin-walled x p.u

69 Fibres thin- to thick-walled x x

70 Fibres very thick-walled x

Ray width 96 Rays exclusively uniseriate x

97 Ray width 1 to 3 cells x v

98 Larger rays commonly 4 - to 10 seriate x x

99 Larger rays commonly > 10-seriate x

100 Rays with multiseriate portion(s) as wide as

uniseriate portions x

Rays: cellular composition

104 All ray cells procumbent x

105 All ray cells upright and / or square x

106 Body ray cells procumbent with one row of

upright and / or square marginal cells x x

107 Body ray cells procumbent with mostly 2-4 rows of upright and / or square marginal cells

x

108 Body ray cells procumbent with over 4 rows of upright and / or square marginal cells

x

109 Rays with procumbent, square and upright cells

mixed throughout the ray p.u.

Sheath cells

110 Sheath cells x

Tile cells

111 Tile cells p.u.

124 Oil and / or mucilage cells associated with ray parenchyma

x