Understanding and forecasting phreatic eruptions driven by magmatic degassing

Abstract

This paper examines phreatic eruptions which are driven by inputs of magma and magmatic gas. We synthesize data from several significant phreatic systems, including two in Costa Rica (Turrialba and Poás) which are currently highly active and hazardous. We define two endmember types of phreatic eruptions, the first (type 1) in which a deeper hydrothermal system fed by magmatic gases is sealed and produces overpressure sufficient to drive explosive eruptions, and the second (type 2) where magmatic gases are supplied via open-vent degassing to a near-surface hydrothermal system, vaporizing liquid water which drives the phreatic eruptions. The surficial source of type 2 eruptions is characteristic, while the source depth of type 1 eruptions is commonly greater. Hence, type 1 eruptions tend to be more energetic than type 2 eruptions. The first type of eruption we term “phreato-vulcanian”, and the second we term “phreato-surtseyan”. Some systems (e.g., Ruapehu, Poás) can produce both type 1 and type 2 eruptions, and all systems can undergo sealing at various timescales. We examine a number of precursory signals which appear to be important in understanding and forecasting phreatic eruptions; these include very long period events, banded tremor, and gas ratios, in particular H2S/ SO2 and CO2/ SO2. We propose that if these datasets are carefully integrated during a monitoring program, it may be possible to accurately forecast phreatic eruptions.Este artículo examina las erupciones freáticas que son impulsadas por entradas de magma y gas magmático. Sintetizamos datos de varios sistemas freáticos significativos, incluyendo dos en Costa Rica (Turrialba y Poás) que son actualmente muy activos y peligrosos. Definimos dos tipos de erupciones freáticas, la primera (tipo 1) en la que un sistema hidrotermal más profundo alimentado por gases magmáticos se sella y produce una sobrepresión suficiente para impulsar erupciones explosivas explosivas, y el segundo (tipo 2), en el que los gases magmáticos se suministran a través de la desgasificación de un sistema hidrotermal cercano a la superficie sistema hidrotermal cercano a la superficie, vaporizando agua líquida que impulsa las erupciones freáticas. La fuente superficial de las erupciones de tipo 2 es característica, mientras que la profundidad de la fuente de las erupciones de tipo 1 suele ser mayor. Por lo tanto, las erupciones de tipo 1 tienden ser más energéticas que las de tipo 2. El primer tipo de erupción lo denominamos "freato-vulcaniano", y el segundo llamamos "freato-surtseyana". Algunos sistemas (por ejemplo, Ruapehu, Poás) pueden producir tanto erupciones de tipo 1 como de tipo 2, y todos los sistemas pueden sufrir un sellado en varias escalas de tiempo. Examinamos una serie de señales precursoras que parecen importantes para entender y predecir las erupciones freáticas; entre ellas se encuentran los eventos de periodo muy largo, los temblores en banda y las proporciones de gas temblor, y las relaciones de gases, en particular H2S/SO2 y CO2/SO2. Proponemos que si estos conjuntos de datos se integran cuidadosamente durante un programa de monitorización, puede ser posible predecir con precisión las erupciones freáticas.