Carbon isotope systematics of Turrialba volcano, Costa Rica, using a portable cavity ring-down spectrometer

Abstract

Over the past two decades, activity at Turrialba volcano, Costa Rica, has shifted from hydrothermal to increasingly magmatic in character, with enhanced degassing and eruption potential. We have conducted a survey of the d13C signatures of gases at Turrialba using a portable field-based CRDS with comparison to standard IRMS techniques. Our d13C results of the volcanic plume, high-temperature vents, and soil gases reveal isotopic heterogeneity in the CO2 gas composition at Turrialba prior to its recent phase of eruptive activity. The isotopic value of the regional fault system, Falla Ariete (–3.460.1&), is in distinct contrast with the Central crater gases (–3.960.1&) and the 2012 high-temperature vent (–4.460.2&), an indication that spatial variability in d13C may be linked to hydrothermal transport of volcanic gases, heterogeneities in the source composition, or magmatic degassing. Isotopic values of CO2 samples collected in the plume vary from d13C of 25.2 to 210.0&, indicative of mixing between atmospheric CO2 (–9.260.1&), and a volcanic source. We compare the Keeling method to a traditional mixing model (hyperbolic mixing curve) to estimate the volcanic source composition at Turrialba from the plume measurements. The predicted source compositions from the Keeling and hyperbolic methods (–3.060.5&and 23.960.4&, respectively) illustrate two potential interpretations of the volcanic source at Turrialba. As of the 29 October 2014, Turrialba has entered a new eruptive period, and continued monitoring of the summit gases for d13C should be conducted to better understand the dominant processes controlling d13C fractionation at Turrialba.

En los dos últimos decenios, la actividad del volcán Turrialba (Costa Rica) ha pasado del carácter hidrotérmico al carácter cada vez más magmático, con un mayor potencial de desgasificación y erupción. Hemos llevado a cabo un estudio de las firmas de d13C de los gases en Turrialba usando un CRDS portátil basado en el campo con comparación con las técnicas estándar del IRMS. Nuestros resultados del d13C de la pluma volcánica, respiraderos de alta temperatura, y los gases del suelo revelan la heterogeneidad isotópica en la composición del gas CO2 en Turrialba antes de su reciente fase de actividad eruptiva. El valor isotópico del sistema de fallas regionales, Falla Ariete (-3.4 6 0.1&), está en claro contraste con los gases del cráter Central (-3,9 6 0,1&) y el respiradero de alta temperatura del 2012 (-4,4 6 0,2&), un indicación de que la variabilidad espacial del d13C puede estar vinculada al transporte hidrotérmico de los gases volcánicos, a las heterogeneidades en la composición de la fuente o a la desgasificación magmática. Los valores isotópicos de las muestras de CO2 recogidas en la pluma varía de d13C de 25.2 a 210.0&, indicativo de mezcla entre el CO2 atmosférico (-9.2 6 0.1&), y una fuente volcánica. Comparamos el método de Keeling con un modelo de mezcla tradicional (mezcla hiperbólica ) para estimar la composición de la fuente volcánica en Turrialba a partir de las mediciones de la pluma. Las composiciones de la fuente pronosticadas a partir de los métodos Keeling e hiperbólico (-3,0 6 0,5& y 23,9 6 0,4&, respectivamente) ilustran dos posibles interpretaciones de la fuente volcánica de Turrialba. A partir del 29 de octubre 2014, Turrialba ha entrado en un nuevo período eruptivo, y la vigilancia continua de los gases de la cumbre para el d13C para comprender mejor los procesos dominantes que controlan el fraccionamiento del d13C en Turrialba.