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セロ・ガランは、アルゼンチンのカタマルカ州にあるカルデラです。世界最大級の露出したカルデラの一つであり、南米に存在する3つの火山帯の一つであるアンデス山脈中央火山帯の一部を形成しています。中央火山帯にあるいくつかの主要なカルデラ系の一つであるこの山は、アルティプラノ・プナ火山複合体に属しています。
ガラン火山の火山活動は、ナスカプレートが南アメリカプレートの下に沈み込むことの間接的な結果であり、溶融物が地殻に浸透し、二次マグマが形成される過程を伴います。これらの二次マグマは地殻内に貯蔵された後、火山によって噴出されるデイサイト質から流紋デイサイト質の岩石を生み出します。
ガラン火山は560万年前から451万年前の間に活動し、カルデラの西側に主に露出しているトコンキス層群として知られる多数の火砕流堆積物を生成しました。ガラン火山の最大規模の噴火は208万±2万年前に発生し、カルデラ周辺を火山物質で覆ったガラン火砕流堆積物の発生源となりました。この火砕流堆積物の体積は約650立方キロメートル（160立方マイル）と推定されています。この噴火の後、はるかに小規模な火砕流堆積物の噴火が起こり、現在カルデラ内には2つの温泉が活動しています。
ガランカルデラはアルゼンチンのカタマルカ州北西部に位置し、1975年に衛星画像を使用してアンデス山脈の僻地で発見されました。 [ 2 ] [ 3 ]アントファガスタ・デ・ラ・シエラの町はガランカルデラの西南西に位置し、[ 4 ]タクイルはカルデラのほぼ真北東にあり、エル・ペニョンはこの火山の南西にあります。[ 5 ]カルデラへのアクセスは困難です。[ 6 ]ラグナ・ディアマンテにはインカのタンボがあり、[ 7 ] [ 8 ]重要な先史時代の交通路がカルデラを通っていました。[ 9 ]ガラン山の山頂では生贄が捧げられました。[ 10 ]
ガランはアンデス山脈の中央火山帯の一部であり、 [ 11 ] [ 12 ]南米の西縁に位置し、[ 13 ]ナスカプレートが南米プレートの下に沈み込んでいる。中央火山帯には最近活動している火山が約50あり、さらに北と南にある他の2つの火山帯である北部火山帯と南部火山帯にも火山が存在する。[ 14 ]
火山弧はボリビアとアルゼンチン、チリの国境に沿って伸びており、火山弧の背後には珪長質火山列があり、ガラン山はその南に位置する。[ 16 ]この地域全体は、大規模な溶結凝灰岩形成火山活動に見舞われており、多くの噴火で100立方キロメートル（24立方マイル）を超える岩石が噴出しているが、実際の噴火口は宇宙画像からしか見えないことが多い。[ 17 ]ガランから北へ約200キロメートル (120マイル)の地点に広がるアルティプラノ・プナ火山複合体と呼ばれる地域には、多くの噴火口が集中しています。[ 13 ]この地域には、ラ・パカナ、セロ・グアチャ、パストス・グランデス、セロ・パニソスなどの大きなカルデラや、より新しい地熱システムが含まれています。[ 19 ]この火山活動は、深成岩体の地表における表現であると考えられており、[ 20 ]アルティプラノ・プナ火山複合体の地下17～19 キロメートル (11～12マイル)の深さでは、電気、重力、地震トモグラフィーのデータにより、 「アルティプラノ・プナ・マグマ体」と呼ばれる部分的に溶融した岩石の構造が特定されています。[ b ] [ 22 ]この「後方」領域の火山活動は、その領域自体が沈み込み縁に近いにもかかわらず、沈み込みプロセスと直接関係がない可能性がある。[ 23 ]
ガランカルデラは、シエラス・パンペアナスが始まるアンデス山脈の東端に位置しています。[ 24 ]この地域は、アジアのチベットに似た高地であるプナによって特徴づけられています。 [ 25 ]ガランの下、地殻内部にはマグマ体が発見されています。[ 26 ]
ガランは、地形的寸法が38 × 26 キロメートル (24マイル × 16マイル)のカルデラであり、そのうち約26 × 18 キロメートル (16マイル × 11マイル)がカルデラ本体の一部です。[ 27 ]このような寸法により、ガランは地球上で最大のカルデラの 1 つとなっています。 [ 18 ]超巨大火山と表現されています。[ 28 ]カルデラの底は、標高4,500 メートル (14,800フィート) [ 2 ] [ 17 ]または約4,600 メートル (15,100フィート) [ 29 ]に達し、カルデラ全体は南北方向に伸びる楕円形をしています。 [ 17 ] [ 30 ]カルデラ構造の西縁のみが真のカルデラ縁であるように見えるが、[ 31 ]カルデラ壁の残りの部分は異なる地形によって形成され、 [ 32 ]実際の崩壊カルデラは地形上のカルデラ表現の一部のみを覆っている。[ 33 ]後者は火山構造性窪地と定義されている。[ 34 ]
カルデラには隆起ドームがあり、[ 35 ] [ 36 ]凍土で砕かれたガラン山塊[ 37 ]の最高地点[ 2 ]は、標高約5,912メートル（19,396フィート）[ 38 ] - 6,100メートル（20,000フィート）に達します。[ 29 ]地震トモグラフィーにより、ガランの下に低速異常が確認されており、その体積は約22,000立方キロメートル（5,300立方マイル）で、火山のマグマ溜まりと考えられています。[ 39 ]
カルデラ縁に沿った山頂には、北にセロ・アグアス・カリエンテス（溶岩ドーム[ 40 ] ）、南東にセロ・レオン・ムエルト、南西にセロ・パベジョン、北西にセロ・トコンキスがある。 [ 4 ]西側の縁では、標高5,200メートル（17,100フィート）に達する。[ 30 ]ガラン・カルデラの西側と北側の縁には、より若い火山が発達している。[ 36 ]
カルデラの南西隅には、7 × 3 キロメートル (4.3マイル × 1.9マイル) の湖[ 41 ]があり[ 36 ] [ 42 ] 、ラグナ ディアマンテ[ 4 ]として知られ、かつてはカルデラの大部分を占めていた可能性がある[ 43 ] 。ラグナ ディアマンテは、湖内の生物が耐えなければならない極端な環境条件、例えば水中のヒ素含有量の高さや紫外線による強い日射量などにより、科学者の間で注目を集めている[ 44 ] [ 45 ]。水は超アルカリ性で、海水の 5 倍の塩分濃度だが、微生物マットを形成する微生物を支え、フラミンゴのコロニーに餌を提供している[ 44 ]。管状の微生物岩も報告されている[ 38 ] 。ラグナ ディアマンテのすぐ南には、ラグナ パベジョンとして知られる小さな湖がある。隆起ドームの北側では、リオ・アグアス・カリエンテス川がカルデラから北へ流れ出ており、その東側ではリオ・レオン・ムエルト川がカルデラから東へ流れ出ている。[ 4 ]もう一つのレオン・ムエルト川は、カルデラの南側からラグナ・パベジョンへ流れ込んでいる。[ 46 ]
カルデラとその周辺の河川には河岸段丘が見られ、これはカルデラ形成前の地形の隆起と、隆起ドームに伴う隆起を反映している可能性がある。[ 47 ]これらの排水路は最終的にリオ・デ・ロス・パトス川に合流し、ガランの北にある死者の塩湖に流れ込む。[ 48 ] [ 49 ]高いセロ・ガランは東から運ばれてくる湿気を遮断し、長い恒久的な水路が珍しいこの地域でリオ・デ・ロス・パトス川を潤している。[ 50 ]カルデラの西斜面は、リオ・プニージャ川、リオ・トコンキス川、リオ・ミリグアカ川、リオ・ラス・ピタス川などのいくつかの排水路を通ってアントファガスタ・デ・ラ・シエラ渓谷に流れ込み、最終的にアントファガスタ・デ・ラ・シエラの南にあるラグナ・アントファガスタに流れ込む。[ 51 ]
カルデラ内には2つの温泉があり、1つ目は北端近くに、2つ目は隆起ドームの南西麓に位置し、[ 52 ]どちらも約56～85 ℃（133～185 °F）の水を噴出している。[ 53 ] 1つ目はアグアス・カリエンテス熱水泉として知られ、凝灰岩の堆積物[ 31 ]と沸騰した水[ 54 ]が特徴である。もう1つの地熱システムはラ・コルチャとして知られ、噴気孔と沸騰した水[ 55 ]があり、ラグナ・ディアマンテに流れ込んでいる。[ 56 ]最後に、カルデラの北東側には泥火山と小さな噴気孔のあるピシナス・ブルブヘアンテスがある。[ 57 ]これらの泉には粘土、塩、焼結物、トラバーチンの堆積物があり[ 56 ] 、地熱発電開発の探査が行われています。[ 58 ]
カルデラの下にある基盤は、6億～3億6500万年前の変成岩[59]と先カンブリア時代から古生代の堆積岩[60]で構成されています。これらには花崗岩質の貫入岩が含まれ、古生代の海洋堆積物で覆われています[ 61]。オルドビス紀のユニットも存在し[ 62 ]、最大7キロメートル（4.3マイル）の厚さの堆積層を形成しています[ 17 ]。基盤の露頭はカルデラの北東縁にあります[ 63 ] 。
約 1450 万年前、この地域で火山活動が始まり、最初はガランの西側で始まったが、700 万年前には将来のカルデラに移動し、将来の西縁にセロ コロラド、パベジョン、セロ トコンキスの複合火山が形成された。 [ 59 ]より西側の中心部は、現在では侵食された火山として残っている。[ 64 ]約 660 万年前から、火山活動により苦鉄質[ c ]と珪質の両方の組成の岩石が生成された。[ 60 ]火山活動の増加は、ナスカ プレートのスラブが急傾斜になったことで、マントル物質が下部地殻とスラブの間の空間に侵入できるようになったためと考えられている。 [ 66 ]南緯 21 度以北では、火砕流火山活動が早く始まり、アルトス デ ピカ層とオクサヤ層が生成された。[ 67 ]
ガラン火山の南と西では、大規模噴火の前と後に、アントファガスタ・デ・ラ・シエラ渓谷で苦鉄質火山活動が発生し、1万年前まで続いていた可能性がある。[ 59 ]正確な噴火口の位置は、この地域の最近の断層系によって制御されている。[ 68 ]
約 1000 万年前から、この地域は逆断層運動を受けており、南北方向に沿って基盤が破壊され[ 62 ] 、南北方向に伸びるリフト バレーが形成されています[ 17 ] 。ガラン システムから噴出したマグマも同様にこのような断層系に沿って流れ、[ 69 ] [ 70 ]近隣の火山も同様に影響を受けています[ 70 ] 。ガラン本体の断層系は、ディアブリロス - ガラン断層として知られています[ 27 ] [ 71 ] 。この地域のもう 1 つの主要な線状構造は、アルチバルカ線状構造で、これはこの地域の北西から南東に伸びる横ずれ断層によって形成され[ 3 ]、カルデラの位置でディアブリロス - ガラン断層と交差しています[ 71 ] 。
ガラン火山は主にカリウムに富むデイサイト質から流紋岩質の岩石を噴出しており、これらはしばしば流紋デイサイト質と呼ばれ、 [ 72 ]カルクアルカリ系列を反映している。[ 47 ]各火砕流堆積物は通常均一な組成を持つが、個々の火砕流堆積物の間には多少のばらつきがある。[ 73 ]例えば、古い岩石には角閃石が含まれ、新しい岩石には代わりにサニディンが含まれている。[ 74 ]噴出物に含まれる鉱物には、アラン石、アパタイト、黒雲母、角閃石、イルメナイト、磁鉄鉱、斜方輝石、斜長石、石英、サニディン、ジルコンなどがある。熱水変質により、一部の岩石には方解石が残っている。[ 73 ]微量元素のパターンは、トコンキスグループの岩石と比較して、ガラン火砕流堆積物では異なっている。[ 75 ]
ガランマグマの形成は、上昇する玄武岩質マグマの影響下で下部地殻岩石が溶融し、溶融プロセスに必要な熱が供給され、混合イベントを通じてマグマ形成に直接寄与したことで説明されている。[ 76 ]地殻におけるさらなる変成作用と分別結晶作用によってマグマ生成プロセスが完了した。[ 77 ]おそらく大規模なテクトニクスの影響下で、中地殻のマッシュゾーンに蓄積されたマグマは最終的に深さ8～4キロメートル（5.0～2.5マイル）の浅いマグマ溜まりに移動した。[ 78 ]深部のマグマが浅いマグマ溜まりに流入する再供給イベントがガランでの噴火を引き起こした可能性がある。[ 79 ]噴火後、地殻内部に残存深成岩体が生成されたと考えられる。 [ 80 ]
ガラン火砕流堆積物中に2つの異なる軽石群が存在することから、ガラン噴火時にはマグマ系に2種類のマグマが存在し、いわゆる「白い」マグマのより大きな体積と、「白い」マグマのプールに注入され、最終的に後者の上に上昇した「灰色の」マグマがあったと推測されている。[ 81 ]より一般的には、各噴火の前に火山の下に2つのマグマの塊が存在していたようである[ 79 ]が、地殻深部で起こった均質化プロセスのためか、それらは非常に似ていたと考えられる。[ 82 ]噴火前には、マグマは790～820 ℃（1,450～1,510 °F）の高温であったと推定されている。[ 74 ]
ガランは乾燥気候の地域に位置し、年間降水量は約65 ミリメートル (2.6インチ/年)です。[ 83 ]霜は一年中降ります。[ 84 ]ガランの北にある死者の塩湖の気候データが知られています。そこの平均気温は、夏と冬でそれぞれ8 ～ 23 °C (46 ～ 73 °F)です。降水は主に夏の月に発生します。[ 48 ]
高地には植生はありません。[ 84 ]標高3,900～5,000メートル（12,800～16,400フィート）の間には、フェスク（Festuca）やスティパ（Stipa）などのイネ科植物が優占する高地ステップの植生が見られます。低地には湿地があり、独自の植生があります。[ 51 ]遮蔽された地域では、カモやフラミンゴなどの鳥類が観察できます。[ 54 ]
ガラン火山の火山活動は、侵食不整合によって隔てられた2 つの別々の段階で発生しました[ 59 ] [ 85 ] [ 29 ]。この侵食不整合の間には、トコンキス グループの火砕流堆積物が深い谷によって侵食されました[ 86 ] 。メカニズム的には、噴火の開始は、下部地殻の一部が剥離し、アセノスフェア物質が剥離によって失われた地殻を置き換え、玄武岩質マグマが残りの地殻に浸透した剥離現象によって説明されています[ 87 ] [ 88 ] 。
これらの段階を経て、カルデラの南側を除いてカルデラを囲む火砕流台地が形成され、衛星画像でも確認できるようになった。 [ 4 ] [ 29 ]この台地は表面積約3,500平方キロメートル（1,400平方マイル）を覆い[ 17 ] 、プナ高原で最大の火砕流システムとなっている。[ 89 ]
最初の段階は560万年前から451万年前の間に起こり、[ 22 ]ブランコ、[ 85 ]クエバ・ネグラ、[ 59 ]いくつかのメリワカ・イグニンブライト[ 68 ] 、レアル・グランデ・イグニンブライトなどの大規模なイグニンブライトの噴火と溶岩ドームの形成から成り、これらはすべて南北方向に伸びる断裂から発生し、[ 85 ] [ 59 ]トコンキス・グループ（以前はトコンキス層と呼ばれていた）を形成した。[ 90 ]レアル・グランデとクエバ・ネグラの火砕流堆積物は、東のレオン・ムエルトやいくつかのメリワカの火砕流堆積物と同様に、同質であると考えられていたが、[ 91 ]後にレオン・ムエルトとメリワカの火砕流堆積物はおそらく異なる噴火口系から噴出し、組成も異なることが判明し、[ 92 ]クエバ・ネグラの火砕流堆積物は後に他のトコンキス・グループの火砕流堆積物とは別の形成物であると考えられた。[ 93 ]後の分類では、650万～ 550万年前のブランコ/メリワカ火砕流堆積物、480万年前のピタス、470万年前のレアル・グランデ、450万年前のベガ、380万年前のクエバ・ネグラ火砕流堆積物が確立された。[ 60 ]
形成物はかなり不均質で、いくつかの火砕流堆積物は鋭い境界で隔てられており、軽石の溶結度と結晶含有量は火砕流堆積物ごとに異なっている。[ 68 ]一般的に、火砕流堆積物は結晶と軽石に富み、溶結しておらず、流動構造はほとんど見られないが、[ 94 ]溶結したクエバ・ネグラ火砕流堆積物は例外である。[ 93 ]一部の火砕流噴火は、灰の降下物を発生させたプリニー式噴火柱の形成に先行しており、火砕流堆積物には脈動流の証拠がある。[ 95 ]
ガラン複合火山の北側では、火砕流堆積物がカルデラから最大80 キロメートル (50マイル)離れたところまで広がっており、侵食前はさらに遠くまで達していた可能性があり、 [ 93 ]厚さは300 メートル (980フィート)です。[ 96 ]火砕流堆積物の総体積は約650 立方キロメートル (160立方マイル)で、レアル グランデ火砕流堆積物がその体積の半分以上を占めています。[ 35 ] [ 97 ]個々の火砕流堆積物の体積は、年代が新しいほど大きくなります[ 98 ]初期のブランコ火砕流堆積物とメリワカ火砕流堆積物の体積は約70 立方キロメートル (17立方マイル)です。[ 97 ]
最後の噴火でカルデラが形成されたが、後に消滅した可能性がある。[ 99 ]トコンキス期にも溶岩流の噴出があり、 [ 100 ]一般的に、主要な火砕流堆積物を形成した噴火の間には活発な火山活動があった。[ 101 ]クエバ・ネグラ火砕流堆積物はトコンキス群の後に形成され、ガラン火砕流堆積物本体まで小さな溶岩ドームと火砕流の噴出が続いた。[ 102 ]この時期にマグマ系が浅くなり、噴出した火砕流堆積物の組成変化[ 103 ]と地域の標高の全般的な上昇をもたらした。[ 104 ]
2.08 ± 0.02百万年前[ 35 ] [ 105 ]、流紋デイサイト質[ 106 ]のガラン火砕流堆積物が形成された。カルデラ内に残った、少なくとも1.4キロメートル（0.87マイル）の厚さを持つ相を除いて[ 59 ] [ 69 ] 、火砕流堆積物はカルデラ外に80キロメートル（50マイル）[ 93 ]まで広がっているが、平均流出距離は40平方キロメートル（15平方マイル）[ 107 ]で、厚さは200～10メートル（656～33フィート）である[ 59 ] [ 69 ]。カルデラに近い部分は大部分が侵食されており、ガランから遠く離れた場所に完全な露出部が存在する。[ 108 ]反対の見解としては、ガラン火砕流堆積物は風の作用により北側のみが大部分侵食され、ヤルダンが形成されたというものがある。[ 97 ]隆起ドームは、ガラン火砕流堆積物と基盤岩から構成されている。[ 32 ]火山から270 キロメートル (170マイル)離れた露頭「トバ ダキティカ」は、かつてはガラン噴火の一部と考えられていたが、後に組成の違いが発見された。[ 109 ]
ガラン火砕流は比較的均質で結晶含有量が高い。[ 68 ]全体的に見ると、噴火は開始してすぐに大規模に達し、一部の場所を除いて噴火柱や明確な流れのユニットが形成される時間を与えなかったようだ。[ 110 ] [ 111 ] [ 105 ]逆に、生成された流れは比較的遅い流れで[ 112 ]、地形の障害物を乗り越えたり岩石を移動させたりする能力はほとんどなかった。[ 113 ]それにもかかわらず、この地域の地形は以前のトコンキス火砕流によって平坦化されていたため[ 114 ]、停止するまでにはまだ高温であったため、広範囲に広がった。[ 115 ]軽石は少なく、通常は小さな破片としてのみ存在し、岩片も堆積物の基底部を除いてまれである。一方、フィアンメ構造は、特に溶結凝灰岩が河川の谷を横切った場所でかなり一般的である。溶結凝灰岩はさまざまな程度の溶着を示すが、しばしば見事な柱状節理を持つ。 [ 29 ] [ 116 ]
当初、この火砕流堆積物は7,500 平方キロメートル (2,900平方マイル)の表面に露出していると考えられていましたが、後に2,400 平方キロメートル (930平方マイル)に近い表面を覆っていることが判明しました。[ 93 ]カルデラ内の火砕流堆積物と、カルデラから離れて遠くまで広がっている火砕流堆積物の部分とを合わせると、体積は約650 立方キロメートル (160立方マイル)であり、[ 97 ]以前の推定値である1,000 立方キロメートル (240立方マイル)を超える体積[ 101 ]より減少していますが、ガラン火山の噴火は依然として既知の最大の火山噴火の 1 つです[ 105 ]であり、この火山はプナ南部の火砕流堆積物の体積のほぼ半分を生成しました。[ 117 ]ガラン火砕流は、この火山中心部から噴出した最大の火砕流です。[ 27 ]ガランだけでなく他のプナ火砕流中心部でも、火山が若くなるにつれて個々の火砕流の体積が増加する傾向があり、これは地殻の漸進的な変化の結果である可能性があります。[ 118 ]このような巨大噴火は歴史時代には観測されておらず、知られている中で最も危険な火山現象の1つと考えられています。[ 119 ]
Kayらは、ガラン火砕流堆積物は3つの独立したユニットから構成されており、213万年前に堆積したカルデラ内部のユニットと、209万年前および206万年前に堆積したカルデラ外部のユニットの2つであると提唱した。[ 80 ]
ガラン火砕流噴火中にガランカルデラ主部が形成され、[ 99 ]マグマ溜まりの天井の崩壊が実際に噴火のきっかけとなった可能性がある。[ 111 ]後に、トラップドア崩壊の方がカルデラ構造のより妥当な解釈であることが判明し[ 31 ]、カルデラは現在の地形的表現よりもはるかに小さいようだ。[ 33 ]噴火後にカルデラ内に湖が形成された可能性が最も高い。[ 120 ] [ 42 ]
その後の火山活動により、カルデラの環状断層に沿ってデイサイト質の溶岩流が噴出し、東側のカルデラ縁断層に沿って約2 キロメートル (1.2マイル)隆起した隆起ドームが形成されました。 [ 59 ]この隆起には、ガラン火砕流岩だけでなく、基盤岩の一部も含まれており、後者は特にドームの南部にあります。[ 32 ]カルデラ後の火山活動は、201 ± 28 万年前にカルデラの北縁で発生し、[ 121 ]ガラン主噴火後から 200 万年前より前まで、いくつかの小さな火砕流が堆積しました。[ 107 ]これらの火砕流は、ガラン火砕流と類似した組成を持ち、 [ 122 ]ガラン主噴火で残ったマグマから形成されました。[ 123 ]カルデラ内の再興の開始は、カルデラ東縁に沿ったカルデラ後の火山活動の原因となっているマグマと同じマグマによって引き起こされた可能性がある。[ 120 ]しかし、カルデラ後の火山系はかなり不明瞭である。最も最近の活動は構造的な性質のものであり、断層に沿った動きと、さらに西にある苦鉄質火山活動（「インカウアシ層」[ 124 ]）から成る。[ 42 ] [ 118 ]地震トモグラフィーは、ガランの下にまだ溶融帯、つまり「セロ・ガラン・マッシュボディ」が存在することを示している。[ 125 ] [ 126 ]
この火山は、1日あたり約200キログラム（440ポンド）の二酸化炭素を生成し、 [ 127 ]多くの場合、温泉[ 128 ]や周囲の地形[ 26 ]に放出されます。カルデラ形成前の岩石には熱水系が含まれており、[ 57 ]マントルと降水[ 58 ]の両方から供給され、約2.09～10.85メガワット（2,800～14,550馬力）の出力があります。[ 129 ]過去のある時点でラ・コルチャで水蒸気爆発が発生し、トラバーチンを堆積させるにはより強い熱水活動が必要でした。[ 56 ] 2009年1月25日には、主に隆起ドームの下で群発地震が記録され、熱水活動またはマグマ活動を反映している可能性があります。[ 130 ]