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la serena octubre 2015

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Nuevos antecedentes geocronológicos y estratigráficos en el Cuaternario del valle del Elqui, Chile Jose L. Antinao*, Desert Research Institute (DRI), Reno, Nevada, USA CIGIDEN, Universidad Católica de Chile, Chile. Eric McDonald Desert Research Institute (DRI), Reno, Nevada, USA Antonio Maldonado Centro de Estudios Avanzados en Zonas Aridas (CEAZA), Raul Bitran s/n, La Serena, Chile Rob Negrini, Rachel Tiner, Maryanne Bobbit Center for Research Excellence in Science and Technology (CREST), California State University, Bakersfield, California, USA Isabel Santibáñez, CIGIDEN, Universidad Católica de Chile, Chile. Steve Kuehn Concord University * email: jantinao@dri.edu Resumen. Se presentan aquí nuevos antecedentes geocronológicos y estratigráficos para el Cuaternario del Valle del Elqui (Región IV, Chile) entre Vicuña y Huanta. Los depósitos cuaternarios están dominados por la secuencia aluvial proveniente de quebradas tributarias de los ríos Claro, Turbio y Elqui, interestratificados con depósitos fluviales. Se han identificado hasta tres generaciones de depósitos aluviales fácilmente reconocibles por su morfología, posición en el paisaje y desarrollo de suelos. Geocronología por Luminiscencia Infrarroja en Feldespato (IRSL) ha entregado edades entre 4 y 14 ka para los depósitos aluviales. Depósitos coluviales interestratificados con capas de ceniza han sido reconocidos en las laderas de las cuencas aportantes, con datos que sugieren edades mayores a 30 ka. Los datos cronológicos sugieren que el sedimento aluvial se origina en la parte superior de las cuencas, aportando directamente a los abanicos y con bypass de las laderas, donde se pueden encontrar perfiles de meteorización relictos. Los niveles coluviales inferiores están intercalados con cenizas que geoquímicamente poseen afinidad con los depósitos de la Ignimbrita Diamante, cuya fuente se encuentra ~500 km al sur. Palabras Claves: Geomorfología, Elqui, Chile,

Luminiscencia, Isotopos Cosmogenicos, evolución del paisaje

1 Introducción Análisis recientes sobre la respuesta geomorfológica de zonas áridas a la variabilidad climática indican que este campo necesita la incorporación de más y mejores datos para poder comprenderse por completo (e.g., Antinao y McDonald, 2013). En particular, los estudios que aporten datos del hemisferio Sur han cobrado importancia debido a las contradicciones de los modelos desarrollados sólo con datos de zonas bien estudiadas del hemisferio Norte. Existe

además la necesidad de coordinar estudios paleoambientales y geomorfológicos a la escala de cuencas como una manera de abordar el sistema como un conjunto. Este trabajo describe los resultados preliminares de un proyecto más amplio cuyo objetivo es probar un modelo de evolución geomorfológica para el Holoceno en la zona de los valles de los ríos Elqui y Turbio, en la zona norte de Chile, usando datos paleoambientales y geomorfológicos acoplados (ver además Maldonado et al., 2015, este congreso). La historia del valle durante el Cuaternario Superior ha sido bien descrita (e.g., Riquelme et al., 2011) y la localización de este en el extremo norte de la banda de circulación a escala global de vientos del oeste o Westerlies, que experimenta variaciones a escala de milenios, hace de este sitio un lugar ideal para estudiar la respuesta geomorfológica ante estas variaciones. El proyecto está basado en una colaboración estrecha entre grupos de trabajo chilenos (CEAZA) y de científicos de EEUU (DRI, Concord, CSUB). 2 Objetivos y Metodología El objetivo central fue la identificación y caracterización estratigráfica y geocronológica de detalle de las unidades aluviales del sector de los ríos Elqui y Turbio entre Vicuña y Huanta y del rio Claro aguas debajo de Alcohuaz. El presente trabajo describe el componente estratigráfico y los primeros datos geocronológicos, usando geocronología por Luminiscencia Infrarroja en Feldespato (IRSL). En etapas posteriores, estudios con isotopos cosmogénicos, integrados con geocronología adicional por luminiscencia y estratigrafía de suelos serán usados para caracterizar la producción, almacenamiento y transporte de sedimentos entre las laderas y la depositación fluvial. Testigos de

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AT 3 geología del cuaternario y cambio climático

sedimentos extraídos desde sistemas lacustres en cuencas locales proporcionaran el registro paleoclimático para comparar con la respuesta geomorfologica estudiada simultáneamente (cf. Maldonado et al., 2015, este congreso). 2 Resultados El objetivo central fue la identificación y caracterización estratigráfica y geocronológica de detalle de las unidades aluviales del sector de los ríos Elqui y Turbio entre Vicuña y Huanta y del rio Claro aguas debajo de Alcohuaz. Se han identificado hasta tres generaciones de depósitos aluviales fácilmente reconocibles por su morfología, posición en el paisaje y desarrollo de suelos.

Figura 1. (Arriba) Datos preliminares para la distribución de dosis equivalentes post-IR IRSL, en feldespatos. La muestra fue tomada de un deposito coluvial (abajo, fotografía, la flecha marca el sitio de muestreo) más antiguo que el conjunto de abanicos aluviales estudiados en el proyecto. Un modelo de edad central de 177 Gy se obtuvo para el conjunto principal de datos. Valores medidos de 4.06% K2O, 8.2 ppm U, y 17 ppm Th, junto con la profundidad y otros datos ambientales para la muestra se usaron para calcular una tasa de irradiación de 4.8 Gy/ka, que entrega una edad de ~36.8 ka, con incerteza del orden de 10%. Notar el

conjunto inferior de dosis a ~100 Gy. Algunos de estos granos tienen tasas de desvanecimiento anómalas altas (7% por década), y no fueron usadas en los cálculos anteriores, aunque un análisis más detallado se encuentra en curso.  

Figura 2. Sitio con intercalaciones de ceniza entre depósitos coluviales antiguos. Sector de Quebrada Paihuano, Rio Claro. La ceniza de color claro, se distingue debajo de al menos dos depositos coluviales diferentes. La capa de ceniza fue muestreada y es parte de un conjunto de tres capas geoquímicamente diferentes distribuidas en el área (Fig. 3). Tabla 1. Edades preliminares por luminiscencia infrarroja en feldespatos, protocolo post-IR IR a 225 C. Tasas de irradiación estimadas en ~4.8 Gy/ka de acuerdo a mediciones de terreno, análisis detallados en curso. Muestra/sitio Dosis

Equivalente [Gy]

Edad [ka]

T1 Las Mercedes 19.0±0.3 4.0±0.4 T3 Algarrobal 18.2±0.5 3.8±0.4 T6 Las Mercedes 70.2±2 14.6±1.4 T8 Paihuano 177.1±3.0 36.8±3.7 Q1 Uchumi 20.6±0.5 4.3±0.4 Se utilizó luminiscencia infrarroja (IR) en Feldespato (IRSL), a alta temperatura (225 C) luego de un tratamiento inicial con IR a 50 C. El objetivo de este tratamiento es aislar un componente de la señal más estable (Buylaert et al., 2009), pues se ha observado que solamente mediante una medición de alícuota múltiple a 50 C la edad puede ser subestimada. Aun en este caso, cabe notar que el desvanecimiento (fading) en las señales observadas del Elqui y Turbio puedes llegar a ser importante (Fig. 1). Para resolver este problema, se utilizó mediciones de granos individuales con láser IR. Así, se pudo discriminar la población con mayor efecto de señal inestable (faded signal) De manera preliminar, edades entre 4 y 14 ka para los depósitos aluviales en abanicos laterales a los ríos Elqui y Turbio (Tabla 1) sugieren depositación en el Holoceno medio y el Pleistoceno Superior. Estos datos son similares a los obtenidos previamente en abanicos aluviales aguas

0 100 200 300 400 500 6000

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40

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200Relative probability and ranked DE values

DE [Gy]

rela

tive

prob

abilit

y

 

 Ceniza

 

Coluvio con desarrollo de

suelo

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ST 9 MORFOESTRATIGRAFÍA, GEOMORFOLOGÍA, HIDROGEOLOGÍA Y GLACIOLOGÍA

arriba de Huanta en el rio Turbio, por Riquelme et al. (2010) y sugieren similar generación para los abanicos aluviales del sector entre Huanta y Vicuña. Depósitos coluviales interestratificados con capas de ceniza en las laderas de cuencas aportantes a estos ríos y al rio Claro poseen edades mayores a 30 ka (Tabla 1). Durante el trabajo de terreno para caracterizar los abanicos aluviales y depósitos coluviales, se encontró una serie de capas de cenizas interestratificadas en coluvio. Las cenizas siempre se encontraron debajo de los depósitos aluviales Holocenos. En los valles del rio Claro (Alcohuaz) y rio Cochiguas, hasta tres capas en secuencia fueron reconocidas. Se realizó un estudio por microsonda de la geoquímica de elementos mayores y traza. Muestras de una docena de sitios distribuidos en los valles estudiados arrojan tres poblaciones geoquímicamente diferentes (Fig. 3). Todas ellas sin embargo, poseen similaridad con la geoquímica de ceniza estudiada para la Ignimbrita Diamante (Srouga et al., 2005), con altos contenidos de SiO2. (>74%), la cual se postula como una posible fuente de estas capas de ceniza en el Elqui. Estudios más detallados se necesitan para caracterizar mejor estos niveles, dada su relevancia en el ámbito estratigráfico y geocronológico para el Cuaternario de la zona.

 Figura 3. Diagrama de elementos mayores en shards de un conjunto de muestras de tefra tomadas en el área de estudio. Tres poblaciones pueden ser diferenciadas. Estas muestras están destinadas inicialmente al análisis y correlación regional de depósitos de laderas y aluviales. Sin embargo, la estratigrafía definida es relevante en sí misma y tiene una aplicación amplia al análisis paleoambiental y de evolución geomorfológica de esta región de los Andes. 4 Conclusión La estratigrafía y geocronología sugiere que el sedimento aluvial Holoceno se origina directamente en la parte superior de las cuencas, aportando directamente a los

abanicos laterales en los valles de los ríos Claro, Turbio y Elqui. Estos sedimentos no provienen de las laderas bajas o intermedias (<2000 m), donde se pueden encontrar perfiles de meteorización relictos, al menos un orden de magnitud más antiguos. Altas tasas de infiltración en los suelos derivados de depósitos coluviales, combinadas con precipitación restringida a sectores elevados (>2000 m) durante el periodo de interés, se plantean inicialmente como explicación para estas observaciones. Estudios en curso con isotopos cosmogenicos (Be-10) permitirán probar esta hipótesis. Agradecimientos Este trabajo es financiado por National Science Foundation (USA), Directorado de Ciencias de la Tierra, a través del programa Geomorphology and Land Use Dynamics (Geomorfología y dinámica de usos del suelo), grant EAR-1349416. Referencias Antinao, J.L., McDonald, E., 2013. A reduced relevance of

vegetation change for alluvial aggradation in arid zones. Geology, January 2013, v. 41, p. 11-14, doi:10.1130/G33623.1.

Buylaert, J.P., Murray, A.S., Thomsen, K.J., Jain, M., 2009. Testing

the potential of an elevated temperature IRSL signal from K-feldspar. Radiation Measurements 44, 560-565.

Maldonado, A., de Porras, M.E., Martel-Cea, J., Collao, K.,

Schittek, K., Moreiras, S.M., Rutllant, J., Antinao, J.L., Negrini, R., McDonald, E., 2015. Palinología de la zona andina del Norte Chico de Chile durante el Holoceno. Congreso Geologico Chileno XIV (esta conferencia).

Riquelme, R., Rojas, C., Aguilar, G., Flores, P., 2011. Late

Pleistocene–early Holocene paraglacial and fluvial sediment history in the Turbio valley, semiarid Chilean Andes. Quaternary Research 75 (1), 166-175.

Sruoga, P., Llambias, E.J., Fauque, L., Schonwandt, D., Repold, D.,

2005. Volcanological and geochemical evolution of the Diamante Caldera–Maipo volcano complex in the southern Andes of Argentina (34°10’S). Journal of South American Earth Sciences 19, 399–414.