Renewed Explosive Phreatomagmatic Activity at Poás Volcano, Costa Rica in April 2017

Abstract

Phreatic and phreatomagmatic eruptions at volcanoes often present no short termprecursory activity, making them a challenge to forecast. Poás volcano, Costa Rica, exhibits cyclic activity with phreatic and some phreatomagmatic eruptions separated by times of quiescence. The latest phreatomagmatic stage began in March 2017 with increases in crater lake temperatures, SO2 flux, and the rate of seismicity, as well as accelerated ground inflation near the active crater. On 23 April 2017 at 04:12 UTC, a large phreatomagmatic eruption occurred at Poás, sending blocks up to 1 m in length to distances >1 km. Hindsight analysis revealed a precursory seismic sequence from 25 March to 22 April of similar seismic events (in terms of their frequency and waveform characteristics). Fourteen families of similar seismic events (containing ≥10 events per family) were identified during this precursory sequence, totaling over 1,300 events. An acceleration within the dominant family of LF (low frequency) waveforms was identified, suggesting that a forecast for the onset of the eruption may have been possible using the Failure Forecast Method (FFM). However, no confidence could be placed in the forecast generated, reiterating that not all accelerating trends are suitable for analysis using the FFM, in particular in conjunction with a least-squares linear regression. Our residual analysis further supports the concept that using a least-squares linear regression analysis is not appropriate with this dataset, and allows us to eliminate commonly used forecasting parameters for this scenario. However, the identification of different families of similar seismicity allows us to determine that magmatic fluid on its way to the surface initially became stalled beneath a chilled margin or hydrothermal seal, before catastrophically failing in a large phreatomagmatic eruption. Additionally, we note that 24 h prior to the large phreatomagmatic eruption, all LF families became inactive, which could have been falsely interpreted in real time as the waning of activity. Our results suggest that identifying families of seismicity offers unique opportunities to better understand ongoing processes at depth, and to challenge conventional forecasting techniques.

Las erupciones freáticas y freatomagmáticas en los volcanes a menudo no presentan una actividad precursora a corto plazo, lo que las convierte en un desafío para el pronóstico. El volcán Poás, Costa Rica, exhibe actividad cíclica con erupciones freáticas y algunas freatomagmáticas separadas por tiempos de inactividad. La última etapa freatomagmática comenzó en marzo de 2017 con aumentos en las temperaturas del lago del cráter, SO 2flujo y la tasa de sismicidad, así como la inflación acelerada del suelo cerca del cráter activo. El 23 de abril de 2017 a las 04:12 UTC, se produjo una gran erupción freatomagmática en Poás, que envió bloques de hasta 1 m de longitud a distancias> 1 km. El análisis retrospectivo reveló una secuencia sísmica precursora del 25 de marzo al 22 de abril de eventos sísmicos similares (en términos de su frecuencia y características de forma de onda). Se identificaron catorce familias de eventos sísmicos similares (que contienen ≥10 eventos por familia) durante esta secuencia precursora, totalizando más de 1300 eventos. Se identificó una aceleración dentro de la familia dominante de formas de onda LF (baja frecuencia), lo que sugiere que un pronóstico para el inicio de la erupción pudo haber sido posible utilizando el Método de Pronóstico de Fallas (FFM). Sin embargo, no se pudo confiar en el pronóstico generado, reiterando que no todas las tendencias en aceleración son adecuadas para el análisis utilizando la FFM, en particular junto con una regresión lineal de mínimos cuadrados. Nuestro análisis residual respalda aún más el concepto de que el uso de un análisis de regresión lineal de mínimos cuadrados no es apropiado con este conjunto de datos, y nos permite eliminar los parámetros de pronóstico de uso común para este escenario. Sin embargo, la identificación de diferentes familias de sismicidad similar nos permite determinar que el fluido magmático en su camino hacia la superficie se estancó inicialmente debajo de un margen frío o sello hidrotermal, antes de fallar catastróficamente en una gran erupción freatomagmática. Además, observamos que 24 h antes de la gran erupción freatomagmática, todas las familias de LF se volvieron inactivas, lo que podría haberse interpretado erróneamente en tiempo real como la disminución de la actividad.