A New Sulfur and Carbon Degassing Inventory for the Southern Central American Volcanic Arc: The Importance of Accurate Time-Series Data Sets and Possible Tectonic Processes Responsible for Temporal Variations in Arc-Scale Volatile Emissions

Abstract

This work presents a new database of SO2 and CO2 fluxes from the Southern Central American Volcanic Arc (SCAVA) for the period 2015–2016. We report 300 SO2 flux measurements from 10 volcanoes and gas ratios from 11 volcanoes in Costa Rica and Nicaragua representing the most extensive available assessment of this 500 km arc segment. The SO2 flux from SCAVA is estimated at 6,24061,150 T/d, about a factor of three higher than previous estimations (1972–2013). We attribute this increase in part to our more complete assessment of the arc. Another consideration in interpreting the difference is the context of increased volcanic activity, as there were more eruptions in 2015–2016 than in any period since 1980. A potential explanation for increased degassing and volcanic activity is a change in crustal stress regime (from compression to extension, opening volcanic conduits) following two large (Mw>7) earthquakes in the region in 2012. The CO2 flux from the arc is estimated at 22,50064,900 T/d, which is equal to or greater than estimates of C input into the SCAVA subduction zone. Time-series data sets for arc degassing need to be improved in temporal and spatial coverage to robustly constrain volatile budgets and tectonic controls. Arc volatile budgets are strongly influenced by short-lived degassing events and arc systems likely display significant short-term variations in volatile output, calling for expansion of nascent geochemical monitoring networks to achieve spatial and temporal coverage similar to traditional geophysical networks.

Este trabajo presenta una nueva base de datos de flujos de SO2 y CO2 del Centro Sur Arco Volcánico Americano (SCAVA) para el período 2015-2016. Informamos de 300 mediciones de flujo de SO2 de 10 volcanes y proporciones de gas de 11 volcanes de Costa Rica y Nicaragua que representan la mayor parte de los amplia evaluación disponible de este segmento de arco de 500 km. El flujo de SO2 de SCAVA se estima en 6.240 6 1.150 T/d, aproximadamente un factor de tres superior a las estimaciones anteriores (1972-2013). Atribuimos esto aumento en parte a nuestra evaluación más completa del arco. Otra consideración en la interpretación de la diferencia es el contexto de una mayor actividad volcánica, ya que en 2015-2016 hubo más erupciones que en cualquier período desde 1980. Una posible explicación del aumento de la desgasificación y la actividad volcánica es un cambio en el régimen de estrés de la corteza (de compresión a extensión, apertura de conductos volcánicos) después de dos grandes (Mw > 7) terremotos en la región en 2012. El flujo de CO2 del arco se estima en 22.500 6 4.900 T/d, que es igual o mayor que las estimaciones de la entrada de C en la subducción del SCAVA zona. Los conjuntos de datos de series temporales para la desgasificación del arco deben mejorarse en la cobertura temporal y espacial para restringir fuertemente los presupuestos volátiles y los controles tectónicos. Los presupuestos volátiles del arco están fuertemente influenciados por los eventos de desgasificación de corta duración y los sistemas de arco probablemente muestren importantes variaciones a corto plazo en la volatilidad de la producción, lo que exige la expansión de las nacientes redes de vigilancia geoquímica para lograr la cobertura temporal similar a las redes geofísicas tradicionales.