50 years of steady ground deformation in the Altiplano-Puna region of southern Bolivia

Abstract

The Altiplano-Puna Volcanic Complex of the Central Andes is host to an ~150-km-wide, quasi-circular ground deformation anomaly centered on Uturuncu volcano (Bolivia). The precise onset and duration of this deformation is unclear, but geomorphologic studies bracket its initiation at less than a few hundred years ago. Here we report on the deformation history over an ~50 yr period by deriving orthometric height changes from leveling and global navigation satellite system (GNSS) observations at 53 benchmarks along a regional leveling line that crosses the deformation anomaly. The comparison of interferometric synthetic aperture radar (InSAR) line-of-sight (LOS) displacements and LOS-projected orthometric ground velocities in a common reference frame reveal central uplift extending to ~35 km from Uturuncu at a maximum orthometric rate of 1.2 cm yr–1, and peripheral subsidence at a maximum rate of 0.3 cm yr–1 to ~60 km from Uturuncu. This pattern is consistent with the spatial extent and average rate of deformation observed by InSAR. Our interpretation of the data is that long-wavelength ground uplift at Uturuncu has likely occurred at a quasi-constant rate for at least half of a century. This study bridges the observational time spans between modern satellite geodetic observations (up to a few decades) and geomorphological observations (a few centuries and longer) of the recent deformation history of the continental crust in the Central Andes and adds to a select group of case studies of quantifiable long-term volcano deformation worldwide.

El Complejo Volcánico Altiplano-Puna de los Andes Centrales alberga una anomalía de deformación terrestre cuasi circular de unos 150 km de ancho, centrada en el volcán Uturuncu (Bolivia). El inicio y la duración de esta deformación son inciertos, pero estudios geomorfológicos sitúan su inicio en menos de unos pocos cientos de años. En este trabajo, informamos sobre la historia de la deformación durante un período de unos 50 años, derivando los cambios de altura ortométrica a partir de observaciones de nivelación y del sistema global de navegación por satélite (GNSS) en 53 puntos de referencia a lo largo de una línea de nivelación regional que cruza la anomalía de deformación. La comparación de los desplazamientos de la línea de visión (LOS) del radar de apertura sintética interferométrica (InSAR) y las velocidades terrestres ortométricas proyectadas por LOS en un marco de referencia común revela una elevación central que se extiende hasta ~35 km de Uturuncu a una tasa ortométrica máxima de 1,2 cm año–1, y una subsidencia periférica a una tasa máxima de 0,3 cm año–1 hasta ~60 km de Uturuncu. Este patrón es consistente con la extensión espacial y la tasa promedio de deformación observada por InSAR. Nuestra interpretación de los datos es que la elevación del suelo de longitud de onda larga en Uturuncu probablemente ha ocurrido a una tasa casi constante durante al menos medio siglo. Este estudio une los lapsos de tiempo de observación entre las observaciones geodésicas satelitales modernas (hasta algunas décadas) y las observaciones geomorfológicas (algunos siglos y más) de la historia reciente de deformación de la corteza continental en los Andes centrales y se suma a un grupo selecto de estudios de caso de deformación volcánica cuantificable a largo plazo en todo el mundo.