Stratigraphy, sedimentology, and eruptive dynamics of the 2-ka eruption of Misti Volcano, southern Peru

The 2-ka eruption of Misti volcano produced voluminous flowage deposits and a wide-spread tephra-fall deposit. The flowage deposits form large terraces within channels draining the south side of the volcano. All the channels drain into the city of Arequipa. Arequipa's city center is ~16 km from the summit of the volcano. The large proximal population and historical unrest make volcano hazards assessment critical at Misti. The 2-ka flowage deposits are previously identified as pyroclastic-flow deposits. Abundant sedimentological and textural evidence suggests that 0.04 km³ (~80%) of these deposits are lahar deposits. Pyroclastic flows melted ~0.06 km³ of snow and ice on the volcano triggering ≤0.02-km³ lahars that inundated the southern channels and some interfluves. The downstream evolution of the lahars is represented by four facies. Small, bulking debris flows from the upper flanks of the volcano emplaced the proximal facies. Several large debris flows both bulking and debulking resulted in the terrace facies. Deposition upstream progressively thinned and diluted the flows resulting in the medial facies. Debulking and dilution continued until the flows became hyperconcentrated flows and deposited the distal facies. The 2-ka eruption was a VEI 4 that produced a 1.4-km³ tephra-fall deposit and 0.01 km³ of pyroclastic-flow deposits in ~3–5 h. Pyroclastic flows descended the southern flanks of the volcano. Column heights ≤27 km and winds dispersed the tephra fall southwest, resulting in ~20 cm of tephra in Arequipa. Pyroclastic flows and tephra fall of the same magnitude as the 2-ka eruption could occur again. Few people live in the high pyroclastic-flow hazard area but a large population live within the low hazard zone. Significant tephra fall could occur in Arequipa and would severely affect the city. There is not enough water available under modern climate conditions to generate lahars as voluminous as the 2-ka lahars. Water available under modern conditions suggests that lahars with volumes ≤1x10⁵–3x10⁶ m³ are possible. Lahars ≤1x10⁷ m³ would be possible if the Rio Chili were dammed during an eruption. Lahar hazards zones evaluated on the basis of these volumes, suggest that the largest of these lahars could enter Arequipa

Azorella compacta's long-term growth rate, longevity, and potential for dating geomorphological and archaeological features in the arid southern Peruvian Andes

We determine the long-term growth rate and longevity of an Azorella compacta growing on Misti volcano, near Arequipa, Peru to investigate the species' capacity as a geochronological resource. Using 14C dating on stem pieces sequestered within the plant's cushion, which grows larger through time, we obtain ages of 15 ± 15 14C yrs BP and 165 ± 15 14C yrs BP at depths of 15 cm and 29 cm below the cushion's living surface, respectively. Applying a mixed calibration curve with a Bayesian growth model yields calendar age ranges of 1948–1958 CE and 1802–1935 CE for our 14C dates, respectively. Such ages provide sufficiently precise constraints for investigations requiring dating during the last few hundred years when individual 14C dates yield imprecise calendar age ranges. We infer a long-term growth rate of 1.3–3.5 mm yr−1, corroborating published maximum short-term growth rates. Extrapolating our growth model to the A. compacta's core suggests that it began growing as early as 1462–1830 CE. At such age it lived through myriad important geological and historical events, including regional earthquakes, volcanic unrest at Misti, decades to centuries of the Little Ice Age, and a broad transect of Peruvian history possibly beginning during the Inca Empire. A. compacta may provide another important geochronological resource in the arid Central Andes that can be applied to date volcanological, glacial, mass-movement, and archaeological features, especially where dendrochronology and lichenometry are not possible

The Sacarosa Tephra-fall Deposit Emplaced by a Plinian Eruption of Misti Volcano, Southern Peru at <=33.7 ka

Misti volcano is one of eight active volcanoes in southern Peru and is within the Central Andean Volcanic Zone. The volcano’s summit is located about 17 km northeast of the historic city center of Arequipa, Peru, a city with a population surpassing one million inhabitants. During the past 40 ky, Misti’s eruptive activity has been dominantly explosive, generating pyroclastic-density currents and tephra falls, but the volcano has also experienced dome growth and collapse and produced voluminous lahars. During this period of eruptive activity, Misti produced an explosive eruption which emplaced a well-sorted tephra-fall deposit informally called the Sacarosa. Few eruptions or their deposits, such as the Sacarosa have been investigated in detail at Misti. We provide the first comprehensive description of the Sacarosa and the eruption that emplaced it. The deposit contains a notable quantity of loose crystals of plagioclase, amphibole, biotite (sometimes bronzy), and scant Fe-Ti oxides, which combined can be 65¬–70 vol.% of the deposit’s fine matrix. The unit’s bright white, sub-angular pumice are dacite (65 wt.% SiO2), have sub-rounded vesicles, and a phenocryst assemblage of 7–10 vol.% plagioclase, 5–7 vol.% amphibole, 2–3 vol.% biotite, and trace Fe-Ti oxides. Altered and rare fresh lithics compose <1 vol.% of the deposit and are usually only present in outcrops most proximal to the volcano. Similar to many of Misti’s other tephra-fall deposits, the Sacarosa has a dispersal axis to the southwest and crops out in Arequipa’s districts of Mariano Melgar, Alto Selva Alegre, Cayma, Cerro Colorado, and Yura. Along its dispersal axis, the unit is 1.2 m thick at about 10 km from Misti’s crater, thinning to 0.24 m thick at about 20 km from the vent. From the unit’s pumice isopleths, an eruption column of ~19 km above sea level is inferred with a wind velocity of about 18 m/s. From the unit’s isopachs, a volume between 0.5 km3 and 2.5 km3 is calculated, allowing the eruption to be classified as a Volcanic Explosivity Index (VEI) 5 Plinian eruption. Charcoal collected at two locations from within the upper 10 cm of a paleosol underlying the Sacarosa yielded uncalibrated 14C ages of 33.7 kBP. The Sacarosa is younger than 33.7 kBP, but the proximity of the charcoal to the paleosurface suggests that emplacement occurred probably within several thousand years or less of the constraining age. There are many tephra-fall deposits at Misti younger than the Sacarosa, including many from likely Holocene eruptions. Compared to these other deposits, the Sacarosa eruption is representative of the volcano’s larger magnitude eruptions. Undoubtedly, Misti will erupt again in the future. If such an eruption were to be a VEI 5, like that inferred to have produced the Sacarosa, it would severely impact Arequipa and result in economic losses on a local, regional, and national scale

To mix or not to mix: Details of magma storage, recharge, and remobilization during the Pacheco stage at Misti Volcano, Peru (≤21–2 ka)

Investigamos diez de los depósitos de caída de tefra más recientes emplazados entre ≤21 y 2 ka de la etapa Pacheco del volcán Misti, Perú, para dilucidar la dinámica del magma y los desencadenantes de erupciones explosivas relacionados con el almacenamiento, recarga y removilización del magma. Las texturas y composiciones de rocas enteras, vidrio y minerales indican la presencia de magmas ampliamente félsicos, intermedios y máficos en un sistema de almacenamiento de magma estratificado química y térmicamente (Zonas 1 a 3) que interactúan en diferentes grados antes de la erupción. Los magmas intermedios se definen por plagioclasa + anfíbol + dos piroxenos + óxidos de Fe-Ti y los equilibrios de fases indican que se formaron a ~300–600 MPa y ~950–1000 °C. Los magmas intermedios dominan la etapa Pacheco y estallaron solos como magmas hibridados o se mezclaron con volúmenes menores de magmas félsicos fríos (~800 °C) en los que solo plagioclasa + óxidos de Fe-Ti son estables. Los magmas félsicos no comprenden exclusivamente ningún depósito de caída de tefra emplazado durante la etapa Pacheco, sino que fueron removilizados mediante recarga y mezcla con magmas intermedios para entrar en erupción. Además, los anfíboles alojados en félsico afines a los magmas intermedios reaccionan a pesar de que los magmas félsicos están saturados de agua, lo que sugiere que se encuentran por encima del límite de estabilidad del anfíbol (≤200 MPa). La presencia críptica de magmas máficos está indicada por núcleos de plagioclasa con alto contenido de An (An 74–88 ), olivino anédrico raro (Fo 77–80 ) y posiblemente augita y anfíbol con alto contenido de Mg# (hasta Mg# 84 y 77, respectivamente). La escasez de fundidos de basalto a andesita basáltica registrada en vasos en erupción y la exclusividad de plagioclasa con alto contenido de An en núcleos de cristal indican que los magmas máficos se encuentran en etapas más profundas en la corteza que los magmas intermedios. Las interacciones periódicas entre estos magmas rastreados a través de composiciones de vidrio e intercambio de cristales revelan una alternancia entre la producción de magmas mezclados y su erupción poco después de un evento de recarga, seguida de un período de homogeneización y erupción de magmas hibridados. Como tal, identificamos la recarga de magma como un mecanismo clave por el cual la mitad del En el estadio Pacheco se desencadenaron erupciones explosivas. Un aumento de >100 °C en las temperaturas de las fumarolas de Misti de 1967 a 2018 coincidente con cambios en la composición del gas fumarólico es consistente con la desgasificación de un magma de recarga máfica, lo que indica que Misti podría producir erupciones explosivas similares en el futuro

Characteristics of the beginning of the 2019 eruptive crisis at Ubinas volcano (Peru)

Ubinas volcano has produced moderate explosive eruptions during the last ~500 years. With 26 eruptive periods, this composite cone is the most active volcano in Peru. The 2006–2009 and 2013–2017 eruptions impacted people, agriculture, and livestock within 15 km of the vent. On 24 June 2019 a new eruptive cycle started with minor emissions of tephra and aerosols. Activity increased on July 19 with an explosion beginning at 2:30 AM (local time). At that time, seismicity also increased with a predominance of LP-type signals. Two clearly differentiated and wind-controlled volcanic plumes were observed. Initially, the plume reached 6500 m above the summit and the main dispersion axis was ESE, dispersing ash as far as 300 km away to the villages of Jesús de Machaca and Catacora, Bolivia, where ash fall disrupted people’s daily activities. While the first plume was still active, a 1200-m-high secondary plume developed and was dispersed to the SE, reaching more than 200 km away into the Tacna region (Peru). After July 19, the SO2 emission rate increased reaching 9600 TN/day on July 23. The tephra fall on July 19 and gas emissions forced Civil Defense authorities to subsequently evacuate residents living in the valleys around Ubinas within 15 km of the volcano. Just after the tephra fall on July 19, deposit thickness was measured along the secondary dispersion axis, where the nearest populated and most impacted areas are located. The accumulation of lapilli and ash during the July 19 eruption reached 7 mm in the village of Ubinas, 5 mm in Tonohaya, 4 mm in San Miguel, 3 mm in Escacha and Huatagua, 2 mm in Huarina and 1 mm in Matalaque, ~20 km away. Fine ash accumulation was also reported at the Quellaveco mine, 90 km to the SE. Samples collected at 3.2 and 6 km from the vent allowed three types of juvenile clasts to be differentiated; dark- and light-gray scoria and dense, dark-gray lithics. Some juvenile clasts have bands of dark and light material, suggesting a partial mixing (mingling) of compositionally different magmas, which might have triggered the eruption. Based on the variety of juvenile clasts and unprecedented SO2 emission rates compared to the two past eruptive periods, we expect stronger eruptive activity or at least a long-lasting eruptive cycle

The late Pleistocene Sacarosa tephra-fall deposit, Misti Volcano, Arequipa, Peru: its magma, eruption, and implications for past and future activity

Entre 38.5 ka cal BP y 32.4 ka cal BP el volcán Misti generó una erupción dacítica con Indice de Explosividad Volcánica 5 que emplazo el depósito de caída de tefra “Sacarosa”. La presencia de fenocristales de biotita, el tamaño fino de sus granos, escasos líticos y la abundancia de cristales libres caracterizan el depósito en los lugares muestreados. El magma tuvo una temperatura de ~ 800 °C, el cual ascendió rápidamente de ~ 10 km de profundidad y resultó en una erupción Pliniana que tuvo una tasa de descarga de masa de 7.7 × 106– 4.1 × 107 kg/s, y deposito alrededor de 3 km3 de tefra dentro de decenas de horas. El depósito tiene dos capas con espesores casi similares, separados por un contacto difuso y con una capa superior que se caracteriza por contener granos un poco más gruesos y ser un poco menos sorteado que la capa inferior. La capa superior gruesa indica condiciones culminantes o un menor grado de fragmentación durante la última mitad de la erupción. Fuertes vientos distribuyeron el depósito al suroeste del Misti cubriendo al menos 800 km2, incluyendo la actual ciudad de Arequipa donde el depósito de tefra tiene hasta 100 cm de espesor. El depósito “Sacarosa” es el primero entre los depósitos de la etapa Cayma (un grupo distintivo de unidades félsicas que contienen biotita) que es descrito detalladamente y con su erupción caracterizada. Varios depósitos de la etapa Cayma fueron generados por erupciones explosivas voluminosas similares a la erupción “Sacarosa”, representando un intervalo de ~ 8.9–15.5 ky de poderosas erupciones. Una erupción tan explosiva hoy amenazaría a los más de 1,100,000 habitantes de Arequipa, muchos de ellos viven dentro del área de distribución del depósito “Sacarosa”

Tefroestratigrafía post-glacial del volcán Ubinas, Perú

Históricamente, el Ubinas es el volcán más activo del Perú (Thouret et al., 2005). Ubinas es un estratovolcán localizado a ~65 km al Este de la ciudad de Arequipa. Sus periodos eruptivos más recientes, desde el año 2006, han consistido en una serie de erupciones explosivas vulcanianas y freatomagmáticas (IEV =2) que han producido caídas de ceniza y expulsado bombas balísticas, las cuales son de composición andesítica. En este trabajo exploramos el registro prehistórico eruptivo de Ubinas y documentamos los depósitos de caída de tefra sub-plinianas a plinianas sobre este intervalo. Estas unidades varían en composición desde riolita (el depósito pliniano más antiguo y más grande tiene <12 ka) hasta andesita pertenecientes a la serie calcoalcalina altamente potásica, siendo las andesitas los productos eruptivos más recientes

Estudio preliminar de la erupción del volcán Misti ocurrida hace 33,600 años AP que emplazo el depósito de caída de tefra “Sacarosa” en Arequipa

El volcán Misti (5822 msnm), es uno de los siete volcanes activos del sur peruano, cuyo cráter está localizado a 17 km al noreste del centro de la ciudad de Arequipa, donde radican aproximadamente un millón de habitantes (INEI, 2016). Dicho volcán actualmente presenta emisiones de gases en el interior del cráter que indica que el volcán está en un continuo proceso de desgasificación. A través del estudio de uno de los depósitos emplazados por una erupción del Misti ocurrida hace ~30000 años AP, conocido como “Sacarosa” nosotros deseamos comprender mejor el comportamiento pasado del volcán para contribuir a la prevención y mitigación de riesgo volcánico en Arequipa, esto en caso de una posible reactivación del volcán Misti

La erupción subpliniana del volcán Misti ocurrida hace 33,700 años que emplazó el depósito de caída de tefra “sacarosa”

El volcán Misti, es uno de los ocho volcanes activos del sur peruano, cuyo cráter está localizado a 17 km al NE del centro de la ciudad de Arequipa, donde viven aproximadamente un millón de habitantes. Durante los últimos 40 mil años, el volcán Misti ha presentado una actividad predominantemente explosiva ligados al crecimiento y colapso de domos, erupciones vulcanianas, plinianas y subplinianas depositando corrientes de densidad piroclástica y caídas de tefra (Thouret et al., 2001). En este periodo el Misti registró una erupción que dejó un depósito de caída de tefra con una granulometría fina homogénea en Arequipa denominado como caída “Sacarosa”, datada en este estudio en ~33 700 años AP. Este depósito aflora al Oeste y SO del volcán Misti en los distritos Mariano Melgar, Alto Selva Alegre, Cayma, Cerro Colorado y Yura. El depósito “Sacarosa” presenta buen sorteo y gradación inversa, con una matriz rica en fenocristales libres de plagioclasa (90%), biotita y anfíbol. Las pómez son angulosas a subangulosas de color blanquecina. Además, el depósito presenta escasos fragmentos líticos lávicos oxidados (< 1%) en las zonas proximales, a 11 km del volcán donde tiene un espesor de 1.25 m. En la zona medial a 15 km del cráter, el espesor del depósito tiene 0.78 m y en la zona distal a 25 km del cráter el depósito tiene entre 18 y 20 cm de espesor, resultando así un eje de dispersión hacia el SO del volcán Misti. La pómez del depósito “Sacarosa” es de composición dacítica (65 wt% SiO2). La erupción generó una columna eruptiva de ~22 km de altura, y tuvo un volumen de 0.5 – 1.5 km3, siendo catalogada como una erupción de tipo subpliniana de VEI 4

Tefroestratigrafía preliminar de erupciones explosivas del volcán Misti (Arequipa, Perú) desde la Autopista y sus implicaciones para los peligros volcánicos

El volcán Misti ha tenido erupciones plinianas y sub-plinianas en el pasado y hay una población aproximada de un millón de habitantes viviendo en sus alrededores. La combinación de la gran población viviendo cerca del volcán y su historia de tales erupciones explosivas hacen al Misti un volcán peligroso. Para entender los peligros volcánicos en tal situación, es necesario entender la cantidad y poder de tales erupciones y las áreas impactadas. Por estudiar la tefroestratigrafía del volcán se puede entender los detalles de sus erupciones. Actualmente el Servicio Geológico de los Estados Unidos e INGEMMET tienen un proyecto colaborativo para estudiar la tefroestratigrafía del volcán Misti desde finales del Pleistoceno. El documento presenta los resultados preliminares del proyecto y sus implicaciones para los peligros volcánicos del Misti