Geochemistry and magmatic evolution of explosive tephras et3 and et4 from Arenal Volcano, Costa Rica

Abstract

An outcrop at El Cruce, 5.7 km from the vent of Arenal volcano, exposes thick sequences of two recent tephras, ET4 (silicic) and, immediately above, ET3 (mafic). The ET4 to ET3 transition is abrupt, with no soil between the layers. Therefore, they appear to be part of one eruptive phase. A petrological model is inferred from the detailed stratigraphic record of these eruptions. The ET4 sequence can be modeled by crystal fractionation via gravity settling. ET4 is most mafic at the top of the section. The silicic tephra at the bottom of this unit is aphyric. Compatible elements increase and incompatible elements decrease moving down through the magma chamber. The percentage of phenocrysts increases through the top. Models of crystal fractionation, using the most mafic and phenocryst enriched tephra as the parent magma, produce the most silicic tephra by removal of 37% phenocrysts. The ET3 sequence shows the opposite trend of that seen in the ET4 sequence, becoming less enriched in incompatible elements down through the section. Some crystal sorting, followed by the removal of a silicic melt from the top of the magma chamber, could generate the reversed trend for the ET3 sequence. RESUMEN: Un afloramiento en El Cruce, a 5,7 km del cráter del volcán Arenal, expone una espesa secuencia con dos tefras recientes: ET4 (silícea) e inmediatamente arriba ET3 (máfica). La transición de ET4 a ET3 es abrupta, sin suelo entre ellas. En consecuencia, parecen ser parte de una sola fase eruptiva. Se infiere un mode-lo petrológico a partir del registro estratigráfico de estas erupciones. La secuencia de ET4 se puede modelar por cristalización fraccionada por depositación gravitacional, en donde el techo de la sección es más máfico. La te-fra silícea en la base de ET4 es afírica. Los elementos compatibles se incrementan y los incompatibles disminu-yen conforme se avanza hacia el piso de la cámara magmática. La cantidad de fenocristales se incrementa hacia el techo. Los modelos de cristalización fraccionada usando las tefras más máficas y ricas en fenocristales como el magma parental, producen las tefras más silíceas por remoción del 37% de los fenocristales. La secuencia de ET3 muestra el patrón opuesto al visto en ET4, tornándose menos enriquecida en elementos incompatibles con-forme bajamos en la sección. Alguna selección de cristales, seguida de la remoción del fundido silíceo del te-cho de la cámara magmática, podría generar el patrón inverso para la secuencia de ET3. Palabras clave: volcán Arenal, evolución magmática, tefras silíceas, tefras máficas, estratigrafía, cristalización 128 REVISTA GEOLÓGICA DE AMÉRICA CENTRAL