Characterization of the ashes from the 2014-2015 Turrialba Volcano eruptions by means of scanning electron microscopy and energy dispersive x-ray spectroscopy

Abstract

The Turrialba Volcano is a stratovolcano located approximately 35 km northwest from San José, Costa Rica’s capital city. Since October 29, 2014, until at least late 2015, a series of eruptions has represented the most significant activity of this volcano since the 1860s. These eruptions dispersed a significant volume of ash that reached the most populous areas of the country. In this article, the characteristics of the ash particles are analyzed in order to establish the nature of the eruptive events that occurred on 2014 and 2015, and to monitor the evolution of the eruptive processes. The analysis was carried out utilizing optical microscopy and stereomicroscopy techniques, as well as novel scanning electron microscopy (SEM) methods that involve imaging and element composition analysis by means of Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX). Results show the evolution of the Turrialba eruptions from phreatic events in 2014, with ashes composed entirely of non-juvenile fragments, to phreatomagmatic events starting on March 12, 2015 with the appearance of a significant fraction of juvenile components in the ash.Keywords: Volcanic Ash, Scanning Electron Microscope, X-Ray Spectroscopy, Phreatic Eruption, Phreatomagmatic Eruption, Turrialba VolcanoEl volcán Turrialba es un estratovolcán localizado aproximadamente 35 km al noroeste de San José, la ciudad capital de Costa Rica. Desde el 29 de octubre de 2014, hasta al menos el fin del año 2015, el volcán mostró una serie de erupciones que representan su actividad más significativa desde la década de los 1860s. Estas erupciones dispersaron un volumen significativo de cenizas, las cuales alcanzaron las áreas más pobladas del país. En este artículo, se analizan las características de las partículas de ceniza con el fin de establecer el tipo de erupciones que ocurrieron en 2014 y 2015, así como monitorear la evolución de los procesos eruptivos. El análisis se llevó a cabo mediante las técnicas de microscopía y estereoscopía óptica, así como técnicas novedosas de microscopía electrónica de barrido (MEB), que involucran la adquisición de imágenes y el análisis de composición elemental por medio de espectroscopía de rayos-x por energía dispersiva (EDX). Los resultados muestran la evolución de las erupciones del volcán Turrialba desde eventos freáticos en 2014, con cenizas compuestas en su totalidad por partículas no-juveniles, hacia eventos freato-magmáticos, comenzando en marzo de 2015 con la presencia de una fracción apreciable de componentes juveniles en la ceniza.