Los volcanes de lodo del mar de Alboránmateriales y procesos vulcano-sedimentarios y diagenéticos involucrados

Résumé

En el Mar de Alboran (Mediterráneo Occidental) existe un amplio campo de volcanes de lodo y pockmarks. Estas estructuras de escape de flujos fluidos profundos al fondo marino se localizan en la Cuenca Oeste de Alboran (COA) que corresponde al mayor depocentro existente en la Cuenca del Mar de Alboran. En la COA la cobertera sedimentaria, alcanza potencias de hasta 7 km de espesor y contiene depósitos con edades comprendidas entre el Mioceno inferior y el Holoceno. La ubicación y el desarrollo del vulcanismo de lodo y pockmarks en la COA está relacionado con la presencia en profundidad de una extensa Provincia Diapirica de Lodo bajo el campo de volcanes, y con la actividad tectónica reciente o actual en la cuenca. Datos geofísicos y geológicos previos indican que los diapiros comportan facies sobrepresurizadas (arcillas verdes y olistostromas o megabrechas) pertenecientes a las unidades sísmo-estratigraficas Va y VI, de edad Mioceno inferior y medio, y que la posición de los volcanes de lodo está condicionada por estructuras tectónicas recientes. Esta Tesis Doctoral aborda el estudio mineralógico, geoquímico y biogeoquímico de los productos volcánicos, y sedimentos relacionados de diversos volcanes de lodo existentes en el Mar de Alboran llamados Perejil, Kalinin, Schneider´s Heart, Carmen, Maya, Dhaka, Marrakesh, Granada y Mulhacen, y además del Crow´s foot pockmark. Las investigaciones se han realizado en testigos de gravedad de esas estructuras volcánicas que recuperaron materiales extruidos por los volcanes (brechas de lodo) y sedimentos hemipelágicos asociados. Se han determinado e integrado diversos indicadores orgánicos (biomarcadores) e inorgánicos (mineralogía, sedimentología y geoquímica) en las fases sólidas extruidas (brechas de lodo), y la composición de sus fluidos intersticiales; asimismo, se han analizado (mineralogía, geoquímica y dataciones) los sedimentos pelágicos involucrados en los edificios volcánicos. Este trabajo aporta resultados importantes sobre la naturaleza del material extruido (brechas y fluidos) por los volcanes, incluyendo resultados biogeoquímicos estrechamente relacionados con la descarga volcánica al fondo marino de fluidos ricos en hidrocarburos. Además, se precisan el origen del material volcánico y los procesos determinables en los flujos extruidos, y se contribuye a conocer mejor la dinámica del vulcanismo de lodo en la COA. Las facies pelágicas en los edificios volcánicos ilustran sobre la actividad volcánica. La existencia de varios intervalos de sedimentos hemipelágicos intercalados entre los de brechas de lodo indica que los eventos de actividad volcánica en la COA son múltiples, resultando en discretas y sucesivas efusiones de flujos volcánicos expresadas por los intervalos de brecha. La presencia o ausencia de facies hemipelágicas cubriendo las estructuras volcánicas determina la antigüedad de los episodios de extrusión del volcán. Los volcanes actualmente activos carecen de cobertera hemipelágica y las brechas volcánicas se exponen al fondo marino en sus cráteres. Únicamente los cráteres de los volcanes Carmen y Perejil carecen de cobertera hemipelágica, indicando así que estos dos volcanes son activos hoy día. Evidencias, tales como la presencia de fauna quimiosintética viva y el burbujeo de gases visible encontrados en los cráteres de esos dos volcanes corroboran su actividad volcánica actual. Los volcanes inactivos presentan sedimentos hemipelágicos bien desarrollados cubriendo los cráteres y diversas intercalaciones de sedimentos pelágicos entre intervalos de brecha. La ausencia de descargas de metano visible o de fauna quimiosintética viva confirma que esos volcanes son inactivos. Estas características las presentan los volcanes Kalinin, Maya, Dhaka, Marrakesh, Granada y Mulhacen por lo que se consideran actualmente inactivos. La relativa homogeneidad mineralógica y geoquímica que presentan las facies hemipelágicas, tanto si aparecen tapizando o intercaladas entre intervalos de brechas de lodo, indica que estos sedimentos se han visto poco afectados por la descarga de fluidos. Las dataciones de radiocarbono sobre foraminíferos planktónicos Globigerina Bulloides de los intervalos hemipelágicos han permitido saber que la erupción más antigua determinada en los testigos de gravedad estudiados tuvo lugar hace aproximadamente 10.8 Ka BP en el volcán Carmen y que la más reciente ocurrió hace unos 0.7 ka BP en el volcán Marrakech. Los materiales extruidos (brechas de lodo) por todos los volcanes estudiados tienen composición mineralógica total, similar asociación de los minerales de la arcillas, y similar composición geoquímica (elementos mayores y detríticos; relaciones Al, Si, Mg, Rb, Th y REE, Al2O3+TiO2 – SiO2 – Fe2O3, MgO+CaO – SiO2 – Al2O3+Fe2O3 y patrones de REE normalizados al PAAS). Estas similitudes sugieren, que en las brechas se preserva la composición de los materiales fuente del volcanismo de lodo, a pesar de los diferentes procesos que los flujos volcánicos pudieron sufrir en su ascenso. La similitud del material extruido por los distintos volcanes estudiados indica que los flujos extruidos tienen el mismo origen, a pesar de la lejanía entre los edificios volcánicos. Los materiales que expulsaron los volcanes contienen una alta proporción de minerales arcillosos, particularmente esmectitas e illitas. Interestratificados de smectite/illita (IS), extremadamente ricos en capas de illita (hasta un 95%), se han identificado en todos los volcanes, revelando que la deshidratación de los minerales de la arcilla juega un papel fundamental en los procesos de generación de fluidos, a la vez que confirman las transformaciones esmectita-illita en profundidad. La composición isotópica δ18O y δD de ciertos fluidos intersticiales indica que la deshidratación de las esmectitas afecta a la signatura geoquímica de los fluidos intersticiales de las brechas. La aplicación de geo-termómetros empíricos (K-Na, K-Mg y K-Ca) permite calcular las temperaturas de formación de esos fluidos e indica que se generaron en un rango de temperaturas que llega a los 200 ºC. En la COA, esta temperatura se puede alcanzar a unos 8 km de profundidad. A esta profundidad se localizan los diapiros de lodo de la COA que consecuentemente se consideran la principal fuente del material volcánico estudiado. Este dato geotérmico sugiere que las Unidades sismo-estratigráficas VI y Va que conforman los diapiros de lodo infrayacentes a los volcanes se encuentran sometidos a procesos diagenéticos que favorecen tanto la transformación de esmecitas en illitas, como la generación de hidrocarburos. La signatura geoquímica de los fluidos intersticiales en brechas también indica que los flujos volcánicos derivan de una fuente profunda, y los valores de isotopos radiogénicos (87Sr/86Sr) sugieren la influencia de una corteza continental subyacente. Esta hipótesis se confirma por la existencia de biomarcadores tales como los n-alkanos y los n-alkanos (CPI y ACL), junto con los grados epidermización de los hopanos [22S/(22S+22R)] en ciertos intervalos de brechas. Los fluidos intersticiales a techo de los intervalos de brecha tienen una signatura geoquímica parecida a la del agua marina, con valores constantes de isotopos estables de carbono, lo que indica que el agua marina percoló en los materiales extruidos tras cada episodio de actividad volcánica. Resultados del estudio de biomarcadores indican que la materia orgánica presente en las brechas de lodo tiene unas características fundamentalmente inmaduras, y que presenta mezcla con compuestos derivados del petróleo. Los fluidos intersticiales del volcán Carmen determinan una zona de transición SO4 2--CH4 que coincide con un incremento en la concentración de HS-, lo que sugiere que la oxidación del metano ocurrió en condiciones anaeróbicas, con el sulfato como aceptor de electrones. El volcán Perejil presenta oxidación anaeróbica del metano (OAM), determinada por la presencia de ciertos biomarcadores lipídicos relacionados con arqueas anaeróbicas metanotróficas (ANME) (isoprenoides irregulares y DGDs, baja cantidad de GDGTs, e isotopos estables de carbono empobrecidos (δ13C) del compuesto crocetano/phytano). Además, la presencia de estos biomarcadores relacionados con arqueas-ANME revela que predominan los metanótrofos anaeróbicos del grupo ANME-2 sobre los del grupo ANME-1. Evidencias de una OAM fósil se encuentran en el Crow´s foot pockmark, y quedan reflejadas por la composición isotópica δ13C de los carbonatos autigénicos derivados del metano (MDAC) analizados. En las brechas de los volcanes inactivos, el incremento de elementos sensibles a procesos de oxidación- reducción (Mo, S) así como la presencia de frentes ligeramente enriquecidos en MDAC (Sr/Ca, Ma/Ca) demuestra que en esos volcanes inactivos ocurrieron pulsos de metano en el pasado. Las concentraciones en metano y sulfato de los fluidos intersticiales en las brechas de los volcanes activos constatan que actualmente se están produciendo descargas de metano en el Mar de Alboran. Respecto al origen del material volcánico extruido, se concluye que la fuente que nutre los volcanes de lodo de la COA corresponde a las arcillas y megabrechas sobrepresurizadas (subcompactadas) que forman las unidades basales del relleno sedimentario de la cuenca (Unidad VI y Unidad Va; de edad Mioceno inferior y medio), que a su vez generan el diapirismo de lodo de la Provincia Diapirica de Lodo del Mar de Alboran.