Volcanic evolution of Southern Tenerife (Canary Islands) during the Pleistocene and Holocene

Abstract

The Canary Islands are a group of volcanic ocean islands in the Central Atlantic near the continental margin of northwest Africa. Tenerife, with a volcanic history of more than 12 Ma of subaerial eruptions, is the largest island of the Canaries and is situated in the centre of the Archipelago. The Quaternary Bandas del Sur Formation in the South of Tenerife comprises a complex sequence of pyroclastic rocks and lavas and is part of the southern rift zone. In contrast to the northwest and northeast rift zones on Tenerife, the southern rift zone comprises a number of characteristics with respect to the morphological features, eruption cyclicity, and the geochemistry of the volcanic deposits. Various flank eruptions of the Las Cañadas volcano associated with basaltic lavas and the formation of cinder cones within the Bandas del Sur are important volcanic units for understanding the explosive volcanic cycles during the Pleistocene on Tenerife. Paleomagnetic studies, geochemical analysis of major and trace elements, and two radioisotopic dating (K-Ar) have been carried out on prominent cinder cones, to determine their stratigraphic position. By combining the results with previous K-Ar data in the Literature, the cones and lavas can be subdivided into three stratigraphic units. Cinder cones that belong to the first unit show reverse magnetization and Y/Nb ratios between 0.37-0.41; cinder cones of the second unit show normal magnetization and Y/Nb ratios of <0.35. The third unit comprises cinder cones with normal magnetization and Y/Nb ratios of about 0.47. The first two units were constructed between ~0.948-0.779 Ma and 0.323-0.300 Ma. These units define volcanic cycles that culminated in violent Plinian eruptions. The third and youngest unit possibly marks the beginning of a further volcanic cycle that started ~0.095 Ma ago. In order to reconstruct the uplift history of Tenerife, numerous uplifted fossil beaches and tuff cones were investigated. In the North and Northeast of Tenerife, the positions of fossil beaches indicate stable conditions since 130 ka. The uplift rates in southern Tenerife (within the Bandas del Sur) amount to a minimum of 15 m since 778 ka at Montaña Pelada and to a maximum of up to 45 m since 10 ka in the area of El Médano, suggesting an asymmetrical uplift of the island complex. The uplift in the South could be caused by seismic activity or mass loss due to flank collapse events. However, uplift due to ascending magma is more plausible. The fossil beach deposits of the El Médano area exhibit tubular-shaped concretions and concretionary dykes. These sediment structures have been interpreted as the result of a) the interaction between hot ignimbrites that overflowed wet beaches, b) fast accumulation of beach sands on hot and degassing ignimbrites, c) paleoliquefaction caused by an earthquake (seismites). Based on the interpretation as seismites, an intense paleoearthquake was proposed to be responsible for the generation of the paleoliquefaction structures. However, the sedimentary structures in question show the general criteria diagnostic for rhizocretions and root tubules with respect to their orientation, size, branching system, and style of cementation. Faults of a well-defined strike direction that precisely coincides with the southern rift fault system occur in the El Médano site. This fault system was generated contemporaneously with a chain of cinder cones ~948 ka ago. Open fractures in ignimbrites (~668 ka) and the fossil beach deposits (~10 ka) of the El Médano area suggest that the rift-associated fault system has been seismically active in the aftermath and probably is still active. A further fault system striking perpendicular to the rift-associated faults probably originates from a Holocene paleoearthquake of moderate intensity. Earthquake-induced ground effects in the fossil beach deposits of the study area are consistent with seismically induced ground effects of several recent and well-documented earthquakes and gravitational sliding triggered by an intense earthquake in Nicoya/Costa Rica in 1990. Both, the rift-associated and the earthquake-induced fault system, initially produced open cracks in the fossil beach deposits that were occupied by plants and subsequently stabilized by cementation. These results accentuate that the densely settled southern part of Tenerife is latently endangered by volcanic and seismic activity, though, currently, there are no indications of increasing volcanic activity in this region. Uplift due to recent magma loading is not observable and the intensity of a paleoearthquake in the El Médano area was probably considerably lower than mentioned in the literature.

Die Kanarischen Inseln sind eine Gruppe von vulkanischen Ozeaninseln im Zentralatlantik nahe der Küste von Nordwest-Afrika. Teneriffa ist die größte Insel des Archipels und liegt im Zentrum der Inselgruppe. Die Quartäre Bandas del Sur Formation im Süden Teneriffas ist Teil der südlichen Riftzone und umfasst eine Sequenz von pyroklastischen Ablagerungen und Laven. Die Ablagerungen zahlreicher Flankeneruptionen des Las Cañadas Vulkans (primär basaltische Laven und Schlackenkegel) stellen wichtige stratigraphische Marker innerhalb der Bandas del Sur Formation dar, die zum Verständnis der explosiven vulkanischen Zyklen während des Pleistozäns auf Teneriffa beitragen. Um die stratigraphische Position der Schlackenkegel innerhalb der Bandas del Sur bestimmen zu können, wurden paläomagnetische Messungen, geochemische Analysen der Haupt- und Spurenelemente, sowie zwei radiometrische Altersdatierungen (K-Ar) durchgeführt. Durch die Kombination der Ergebnisse konnten die Schlackenkegel in drei stratigraphische Einheiten untergliedert werden. Die erste Einheit umfasst Schlackenkegeln mit inverser Magnetisierung und Y/Nb-Verhältnissen zwischen 0,37 und 0,41. Schlackenkegel der zweiten Einheit zeigen normale Magnetisierung und Y/Nb-Verhältnisse von <0,35. Die dritte Einheit umfasst Schlackenkegel, die normal magnetisiert sind und Y/Nb-Verhältnisse von etwa 0,47 aufweisen. Die ersten beiden Einheiten wurden im Zeitraum von ~0,948-0,779 Ma und 0,323-0,300 Ma gebildet. Diese Einheiten stellen jeweils den Beginn von vulkanischen Großzyklen dar, die mit strombolianischen Flankeneruptionen begannen und in zerstörerischen plinianischen Eruptionen endeten. Die Ablagerungen der dritten und jüngsten Einheit markiert möglicherweise den Anfang eines weiteren vulkanischen Zyklus, der bereits vor ~0,095 Ma startete. Um die Hebungsgeschichte Teneriffas zu rekonstruieren, wurden zahlreiche fossile Strandablagerungen und Tuffkegel untersucht. Im Norden und Nordosten von Teneriffa zeigen die Positionen der fossilen Strandablagerungen stabile Verhältnisse seit ihrer Ablagerung vor 130 ka an. Im Süden Teneriffas konnten am Montaña Pelada Hebungsraten von 15 m seit 778 ka und von bis zu 45 m seit 10 ka im Gebiet um El Médano ermittelt werden. Das bedeutet, dass der Inselkomplex eine asymmetrische Hebung erfahren hat. Die Hebung im Süden Teneriffas wurde wahrscheinlich durch aufsteigendes Magma verursacht. Die fossilen Strandablagerungen bei El Médano weisen eine weitere Besonderheit auf. Sie enthalten röhrenförmige Konkretionen und konkretionär verfestigte Gänge. Erklärt wurden diese Sedimentstrukturen bisher als Entwässerungsstrukturen (Interaktion zwischen Ignimbriten und nassen Strandsanden), oder als Seismite (durch Erdbeben erzeugt). Basierend auf der Interpretation als Seismite, wurde ein starkes Erdbeben als Ursache für die Bildung der Sedimentstrukturen mit einer Magnitude von M=6,8 angenommen. Die röhrenförmigen Konkretionen erfüllen jedoch alle Kriterien, die für Wurzelkonkretionen und Wurzelröhren diagnostisch sind (Orientierung im Sediment, Größe, Art der Verzweigung und Zementation). Dies spricht für die biogene Herkunft der Konkretionen. Störungen mit gut definierter Streichrichtung, die exakt mit dem Störungsmuster der südlichen Riftzone übereinstimmen, kommen ebenfalls im Gebiet um El Médano vor. Dieses Störungssystem wurde zeitgleich mit einer Reihe von Schlackenkegeln vor ~948 ka angelegt. Offene Brüche in Ignimbriten (~668 ka) und fossilen Strandablagerungen (~10 ka) von El Médano verdeutlichen, dass das Rift-assoziierte Störungssystem bis in das Holozän aktiv gewesen ist. Ein Großteil der offenen Brüche in den Holozänen Strandablagerungen weisen jedoch eine Streichrichtung auf, die Senkrecht zum Störungsmuster des Südrifts verläuft und zudem zeigen die Brüche ein typisches Riedelbruchmuster. Ein Holozänes Erdbeben geringer bis moderater Intensität im Gebiet von El Médano kann als Ursache des seismisch induzierten Bruchmusters angenommen werden. Sowohl die seismisch induzierten, als auch die Rift-assoziierten Brüche, wurden von Pflanzen besiedelt und durch Zementation stabilisiert. Meine Untersuchungen zeigen, dass der dicht besiedelte und von Tourismus geprägte südliche Teil Teneriffas latent durch vulkanische und seismische Aktivität gefährdet ist. Aktuelle Hinweise auf eine gesteigerte vulkanische Tätigkeit gibt es jedoch nicht. Heutige Hebungen durch aufsteigendes Magma sind nicht zu beobachten; die Intensität früherer Paleoerdbeben wurde wahrscheinlich überschätzt. Es ist daher bei erneut auftretender seismischer Aktivität eher mit moderaten Beben zu rechnen. Zusätzlich sind die Rift-assoziierten Störungen in dem ~668 ka alten Ignimbrit noch sehr häufig, in den Holozänen Strandablagerungen jedoch eher selten, was auf eine nachlassende Riftaktivität seit der Entstehung der Schlackenkegel vor ~948 ka im Gebiet um El Médano hinweist.