Density structure and geometry of the Costa Rican subduction zone from 3-D gravity modeling and local earthquake data

The eastern part of the oceanic Cocos Plate presents a heterogeneous crustal structure due to diverse origins and ages as well as plate-hot spot interactions which originated the Cocos Ridge, a structure that converges with the Caribbean Plate in southeastern Costa Rica. The complex structure of the oceanic plate directly influences the dynamics and geometry of the subduction zone along the Middle American Trench. In this paper an integrated interpretation of the slab geometry in Costa Rica is presented based on 3-D density modeling of combined satellite and surface gravity data, constrained by available geophysical and geological data and seismological information obtained from local networks. The results show the continuation of steep subduction geometry from the Nicaraguan margin into northwestern Costa Rica, followed by a moderate dipping slab under the Central Cordillera toward the end of the Central American Volcanic Arc. Contrary to commonly assumed, to the southeast end of the volcanic arc, our preferred model shows a steep, coherent slab that extends up to the landward projection of the Panama Fracture Zone. Overall, a gradual change in the depth of the intraplate seismicity is observed, reaching 220 km in the northwestern part, and becoming progressively shallower toward the southeast, where it reaches a maximum depth of 75 km. The changes in the terminal depth of the observed seismicity correlate with the increased density in the modeled slab. The absence of intermediate depth (> 75 km) intraplate seismicity in the southeastern section and the higher densities for the subducted slab in this area, support a model in which dehydration reactions in the subducted slab cease at a shallower depth, originating an anhydrous and thus aseismic slab.German Academic Exchange Service//DAAD/AlemaniaSpecial Priority Program 1257 “Mass Transport and Mass Distribution in the Earth System” of the German Research Foundation//DFG/AlemaniaUCR::Vicerrectoría de Docencia::Ciencias Básicas::Facultad de Ciencias::Escuela Centroamericana de Geologí

Análisis petrográfico de las bombas y bloques volcánicos del Volcán Poás: periodo eruptivo de abril a junio de 201

During the first semester of 2017, Poás Volcano, in the Central American Volcanic Arc (CAVA) initiated a period of volcanic unrest that included high energy phreatomagmatic and magmatic eruptions. The most notable erup-tions occurred on April 14th and April 22nd of 2017, which produced abundant ashes and ballistic materials in the form of blocks and bombs. Here, we present results from the petrographic analyses conducted in the collected material from the largest eruptions of April 2017. Mineral textures observed on the petrographic analyses show evidence of reactivation and fragmentation of a crystal mush in the magma chamber, triggering re-melting episodes, volatile exsolution, and an increase in the pressure of the system, all of which are expected conditions during an eruption episode. Our analyses done on juvenile and non-juvenile material suggest that processes of magma mingling and injections of new batches of material of different compositions have played an important role throughout previous eruptions and likely in the current phase of volcanic activity in PoásDurante el primer semestre del 2017, el volcán Poás situado en el arco volcánico centroamericano (AVCA) inició un periodo de actividad volcánica que incluyó erupciones freatomagmáticas y magmáticas. Las erupciones más destacadas ocurrieron los días 14 y 22 de abril del año 2017. Estas erupciones produjeron la dispersión de ceniza y abundantes materiales balísticos en la forma de bloques y bombas. En este trabajo, presentamos los resultados de los análisis petrográficos realizados en los productos eruptivos de Poás para el mes de abril de 2017. Las texturas minerales observadas a partir del análisis petrográfico muestran la evidencia de la reactivación y fragmentación de un agregado cristalino en la cámara magmática y el disparo de episodios de fusión, exsolución de volátiles y un incremento en la presión del sistema. Todas estas condiciones son de esperar en un proceso eruptivo. Los análisis realizados en material juvenil y no juvenil sugieren que los procesos de mezcla de magmas e inyección de volúmenes nuevos de material con distinta composición han tenido una influencia importante en procesos eruptivos anteriores y en la nueva fase de actividad volcánica en PoásUniversidad de Costa Rica/[113-B5-A00]/UCR/Costa RicaUCR::Vicerrectoría de Docencia::Ciencias Básicas::Facultad de Ciencias::Escuela Centroamericana de GeologíaUCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Básicas::Centro de Investigación en Ciencias Geológicas (CICG

A Constrained 3D Density Model of the Upper Crust from Gravity Data Interpretation for Central Costa Rica

Copyright © 2010 Oscar H. Lücke et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.The map of complete Bouguer anomaly of Costa Rica shows an elongated NW-SE trending gravity low in the central region. This gravity low coincides with the geographical region known as the Cordillera Volcánica Central. It is built by geologic and morpho-tectonic units which consist of Quaternary volcanic edifices. For quantitative interpretation of the sources of the anomaly and the characterization of fluid pathways and reservoirs of arc magmatism, a constrained 3D density model of the upper crust was designed by means of forward modeling. The density model is constrained by simplified surface geology, previously published seismic tomography and P-wave velocity models, which stem from wide-angle refraction seismic, as well as results from methods of direct interpretation of the gravity field obtained for this work. The model takes into account the effects and influence of subduction-related Neogene through Quaternary arc magmatism on the upper crust.Special Priority Program 1257 ‘Mass Transport and Mass Distribution in the Earth System’Collaborative Research Centre/[SFB574]//AlemaniaGerman Academic Exchange Service//DAAD/AlemaniaUCR::Vicerrectoría de Docencia::Ciencias Básicas::Facultad de Ciencias::Escuela Centroamericana de Geologí

Structure of the pasquí pyroclastic cone from indirect interpretation of gravity data

El volcán Irazú presenta, en sus cuadrantes sur y oeste, numerosas estructuras relacionadas con antiguos focos de emisión de lavas y piroclastos fuera de su foco cuspidal. Una serie de estas estructuras se encuentra asociada a una zona de deformación extensional que incluye conos piroclásticos como los cerros Nochebuena, Gurdián, Dussan-Quemados y Pasquí. Este último es un cono piroclástico aportillado con coladas, con evidencias de actividad en un espacio temporal más reciente que 40 000 años. En este trabajo, se estudia la estructura interna del cono piroclástico Pasquí mediante la creación de modelos de densidad a partir de datos de gravedad. Los datos de anomalía de Bouguer a un nivel de reducción de 2 389 m muestran la correlación espacial del cono Pasquí con una anomalía negativa local de corta longitud de onda y amplitud de aproximadamente 5 mGal. Esta anomalía indica la presencia de material menos denso que el entorno del cerro. Se infiere a partir de la geología local y los resultados de los modelos de densidad, que existe un espesor de al menos 300 m de material piroclástico asociado con el cono. Este material de relativa baja densidad contrasta con el entorno de mayor densidad compuesto por lavas andesíticas y andesítico-basálticas de la Formación Reventado y lavas asociadas a actividad fisural originadas en focos como el complejo Dussan-Quemados.Irazú volcano shows several structures on its southern and western flank that are associated with ancient vents of lava and pyroclastic material outside of its summit caldera. A set of these type of structures is related to an extensional deformation zone that includes pyroclastic cones such as Nochebuena, Gurdián, Dussan-Quemados and Pasquí.This last structure is an eroded cone with lava flows which shows record of activity within the last 40 000 years. In this work, we study the internal structure of the Pasquí pyroclastic cone by creating density model from gravity data. The Bouguer anomaly data reduced to an altitude of 2,389 m, show a spatial correlation of the Pasquí cone with a local negative gravity anomaly with a short wavelength and an amplitude of approximately 5 mGal. This anomaly is indicative of the presence of material with a lower density than its sorroundings. From the density models, we infer the presence of pyroclastic material associated with the cone with a thickness of at least 300 m.This material of relative lower density, contrasts with the surroundings of the cone composed of andesitic and andesitic-basaltic lavas of the ReventadoFormation and lavas originated by fissures from vents such as the Dussan-Quemados complexUniversidad de Costa Rica/[113-B5-A00]/UCR/Costa RicaUniversidad de Costa Rica/[113-B9-911]/UCR/Costa RicaUCR::Vicerrectoría de Docencia::Ciencias Básicas::Facultad de Ciencias::Escuela Centroamericana de GeologíaUCR::Vicerrectoría de Investigación::Unidades de Investigación::Ciencias Básicas::Centro de Investigación en Ciencias Geológicas (CICG

Seismicity in Costa Rica during 2015

Durante el 2015 la Red Sismológica Nacional (RSN: UCR-ICE) localizó 6989 sismos de los cuales 168 fueron sentidos por la población. Se percibieron en Costa Rica 13 sismos con magnitud Mw > 5,0. La mayoría (86%) de los sismos percibidos fueron superficiales (< 30 km) y el 81% tuvo una magnitud (Mw) de entre 3,0 y 4,9. El fallamiento local y regional provocó el 61% de los sismos, seguido por el proceso de subducción de la placa del Coco que originó el 37%. Las zonas con la mayor concentración de sismos en el 2015 fueron las cordilleras volcánicas de Guanacaste y Central, la zona de Los Santos y una región al suroeste de la península de Nicoya. La intensidad máxima observada en el 2015 dentro de Costa Rica fue de V+ (Mercalli Modificada).During 2015, the National Seismological Network (RSN: UCR-ICE) located 6989 earthquakes and reported 168 felt events. There were 13 significant earthquakes with magnitude Mw > 5.0. The majority (86%) of felt earthquakes were shallow (< 30 km) and 81% had magnitudes (Mw) between 3.0 and 4.9. Local and regional faulting caused 61% of the felt earthquakes and the subduction of the Cocos Plate caused 37%. The geographic areas with the highest seismicity during 2015 were the Guanacaste and Central volcanic cordilleras, Los Santos region, and an area offshore the Nicoya peninsula. The highest intensity observed in Costa Rica during 2015 was V+ (Modified Mercalli).Universidad de Costa Rica/[113-B5-704]/UCR/Costa RicaUniversidad de Costa Rica/[113-B5-A02]/UCR/Costa RicaUCR::Vicerrectoría de Docencia::Ciencias Básicas::Facultad de Ciencias::Escuela Centroamericana de Geologí

Estado de esfuerzos estáticos en la interface de placas coco-caribe en Costa Rica: interpretación mecánica para el origen de asperezas en la zona sismogénica

The forearc region along the Central American Subduction Zone shows a series of trench-parallel posi-tive gravity anomalies with corresponding gravity lows along the trench and toward the coast. These features extend from Guatemala to northern Nicaragua. However, the Costa Rican section of the forearc does not follow this pattern due to the segmentation of the along-trench gravity low, the absence of the coastal low, and the presence of emerged continental mass along the forearc gravity high at the Nicoya Peninsula. Geodetic and seismological studies along the Costa Rican Subduction Zone suggest the presence of coupled areas in the seismogenic zone beneath the Nicoya Pe-ninsula prior to the 7.6 Mw magnitude earthquake of September 5th, 2012. These areas have previously been associated with asperities. Based on the structure of the overriding plate, former publications have proposed a mechanical model for the origin of asperities along the Chilean convergent margin, in which the dense igneous material in the forearc of the overriding plate above the seismogenic zone modifies/disturbs the state of static stress and influences seismogenic processes. In Costa Rica, surface geology and gravity data indicate the existence of dense basalt/gabbro crust overlying the seismogenic zone where the coupling is present. Bouguer anomaly values in this region reach up to 120×10-5 m/s2and are the highest for Costa Rica. In this research, the state of static stress on the Cocos-Caribbean plate interface is calculated based on the geometry and on the density distribution of a 3D litosphere density model of the subduction zone as interpreted from gravity data from combined geopotential models. Results show a spatial correlation between the coupled areas at the Nicoya Peninsula and the presence of anomalies on the static state of stress on the plate inter-face. The stress anomalies were calculated for the normal component of the vertical stress on the seismogenic zone and were interpreted as being generated by the dense material which makes up the forearc in the area. The dense material of the Nicoya Complex mafic rocks and the topographic load of the peninsula on the seismogenic zone lay a role in the distribution of coupled areas and the seismic behavior of the region, since the anomalies on the normal stress on the plate interface may increase the shear stress threshold to generate the ruptureLa región del antearco a lo largo de la zona de subducción centroamericana muestra una serie de anomalías positivas de gravedad paralelas a la trinchera con anomalías negativas correspondientes, a lo largo de la fosa y hacia la costa. Estas anomalías se extienden desde Guatemala hasta el norte de Nicaragua. Sin embargo, el segmento costarricense del antearco no sigue este patrón debido a la segmentación de la anomalía negativa de la fosa, la ausencia de la anomalía negativa costera y la presencia de masa continental emergida en el lugar de la anomalía positiva del antearco en la Península de Nicoya. Estudios geodésicos y sismológicos a lo largo de la zona de subducción costarricense sugieren la presencia de áreas de acoplamiento en la zona sismogénica bajo la península de Nicoya previo al sismo de magnitud 7,6 Mw del 5 de setiembre de 2012. Estas áreas han sido asociadas anteriormente con asperezas. Publicaciones previas han propuesto un modelo mecánico para el origen de asperezas a lo largo del margen convergente chileno, basado en la estructura de la placa cabalgante. Basado en la estructura de la placa cabalgante, publicaciones previas han propuesto un modelo mecánico para el origen de asperezas a lo largo del margen convergente chileno, en el cual el material ígneo denso en el antearco de la placa cabalgante sobre la zona sismogénica, modifica el estado de esfuerzos estáticos en la interface de placas e influye en los procesos sismogénicos. En Costa Rica, la geología de superficie y los datos de gravedad indican la presencia de corteza densa compuesta por basaltos y gabros que sobreyace la zona sismogénica en donde el acoplamiento está presente. Los valores de anomalía de Bouguer en esta región alcanzan los 120×10-5 m/s2 y son los más altos medidos para Costa Rica. En este trabajo, el estado de esfuerzos estáticos en la interface de placas Cocos-Caribe se calcula basado en la geometría y en la distribución de densidad de un modelo tridimensional de la litósfera de la zona de subducción interpretado a partir de datos de gravedad de modelos geopotenciales combinados. Los resultados muestran una correlación espacial entre las áreas acopladas en la Península de Nicoya y la presencia de anomalías en el estado de esfuerzos estáticos en la interface de placas. Las anomalías de esfuerzo se calcularon para la componente normal del esfuerzo vertical en la zona sismogénica y se interpretaron como originadas por el material denso que compone el antearco en el área. El material denso de las rocas máficas del Complejo de Nicoya y la carga topográfica de la península sobre la zona sismogénica influyen en la distribución de zonas acopladas y el comportamiento sísmico de la región. Esto se debe a que las anomalías en el esfuerzo normal a la interface de placas incrementan el umbral de esfuerzo cortante para generar la rupturaUniversidad de Costa Rica/[111-B3-263]/UCR/Costa RicaUCR::Vicerrectoría de Docencia::Ciencias Básicas::Facultad de Ciencias::Escuela Centroamericana de Geologí

Caracterización de las cenizas de las erupciones del Volcán Turrialba en 2014 y 2015 por medio de microscopía electrónica de barrido y espectroscopía de rayos-x por energía dispersiva

The Turrialba Volcano is a stratovolcano located approximately 35 km northwest from San José, Costa Rica’s capital city. Since October 29, 2014, until at least late 2015, a series of eruptions has represented the most significant activity of this volcano since the 1860s. These eruptions dispersed a significant volume of ash that reached the most populous areas of the country. In this article, the characteristics of the ash particles are analyzed in order to establish the nature of the eruptive events that occurred on 2014 and 2015, and to monitor the evolution of the eruptive processes. The analysis was carried out utilizing optical microscopy and stereomicroscopy techniques, as well as novel scanning electron microscopy (SEM) methods that involve imaging and element composition analysis by means of Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX). Results show the evolution of the Turrialba eruptions from phreatic events in 2014, with ashes composed entirely of non-juvenile fragments, to phreatomagmatic events starting on March 12, 2015 with the appearance of a significant fraction of juvenile components in the ash.Keywords: Volcanic Ash, Scanning Electron Microscope, X-Ray Spectroscopy, Phreatic Eruption, Phreatomagmatic Eruption, Turrialba VolcanoEl volcán Turrialba es un estratovolcán localizado aproximadamente 35 km al noroeste de San José, la ciudad capital de Costa Rica. Desde el 29 de octubre de 2014, hasta al menos el fin del año 2015, el volcán mostró una serie de erupciones que representan su actividad más significativa desde la década de los 1860s. Estas erupciones dispersaron un volumen significativo de cenizas, las cuales alcanzaron las áreas más pobladas del país. En este artículo, se analizan las características de las partículas de ceniza con el fin de establecer el tipo de erupciones que ocurrieron en 2014 y 2015, así como monitorear la evolución de los procesos eruptivos. El análisis se llevó a cabo mediante las técnicas de microscopía y estereoscopía óptica, así como técnicas novedosas de microscopía electrónica de barrido (MEB), que involucran la adquisición de imágenes y el análisis de composición elemental por medio de espectroscopía de rayos-x por energía dispersiva (EDX). Los resultados muestran la evolución de las erupciones del volcán Turrialba desde eventos freáticos en 2014, con cenizas compuestas en su totalidad por partículas no-juveniles, hacia eventos freato-magmáticos, comenzando en marzo de 2015 con la presencia de una fracción apreciable de componentes juveniles en la ceniza.Universidad de Costa Rica/[113-B5-A00]/UCR/Costa RicaUCR::Vicerrectoría de Docencia::Ciencias Básicas::Facultad de Ciencias::Escuela Centroamericana de Geologí

Comentario sobre William M. Gabb: legado y contribuciones inéditas y olvidadas

El trabajo de William M. Gabb comprende una colección de interpretaciones pioneras en el campo de la etnografía, geografía, zoología y geología en la segunda mitad del siglo XIX, enfocadas principalmente en la región costarricense de Talamanca. Mediante el arduo trabajo de campo, Gabb generó una abundancia de datos relacionados con la geología y geografía de áreas que aún el día de hoy son consideradas prácticamente inaccesibles. La mayoría del trabajo de Gabb fue publicado después de su muerte ocasionada por una enfermedad tropical que contrajo durante su trabajo de campo en Costa Rica; sin embargo, algunos documentos han permanecido inéditos y en archivos tal como el manuscrito transcrito para este número especial. Aparte de la prospección de recursos minerales, las observaciones geológicas de Gabb trataron varios aspectos de la geología costarricense como lo son: la estratigrafía de las regiones de Talamanca, Candelaria y el Valle Central, el volcanismo Cuaternario de la Cordillera Volcánica Central, la sismicidad activa del país y el registro fósil del Neógeno para lo cual Gabb describió 49 nuevas especies de moluscos y una nueva especie de equinoideo. El mapa geográfico de Gabb se enfocó en la región de Talamanca y fue corroborado por sus excursiones de campo, la más notable de estas es el ascenso al pico Blanco o Kamuk, con el fin de corroborar observaciones de altitud realizadas desde la costa Caribe, y para probar la hipótesis de que el pico Kamuk no se trataba de un volcán como hasta entonces era pensado por otros naturalistas. Sus observaciones antropológicas se centraron en las ceremonias mortuorias indígenas y las observaciones zoológicas incluyeron la recolección de 81 especimenes de serpientes, de los cuales 38 eran holotipos. El legado de Gabb continúa como prueba del enfoque holístico hacia las ciencias de los naturalistas del siglo XIX, así como en el papel social y político de Gabb y sus descendientes en la sociedad costarricense

Social networks and seismology: education and prevention on seismic hazards

Costa Rica es un país de alta sismicidad en donde los procesos geológicos son parte de la vida cotidiana de sus habitantes. Sin embargo, los programas formales de educación y los medios de comunicación masiva, aún no han implementado una forma apropiada de educar a la población en estos temas, por lo que persisten mitos y confusiones. Desde 1982, la Red Sismológica Nacional (RSN: UCR-ICE), estudia la actividad sísmica y volcánica del país. Con la influencia creciente de las redes sociales en la difusión de la información, la RSN recientemente ha aprovechado este nuevo canal para reportar sismos sentidos y publicar información educativa relacionada con la sismología. En este artículo, se analiza el alcance demográfico y geográfico del Facebook de la RSN, el crecimiento de los usuarios y la importancia de la realimentación por parte de los mismos. Encontramos que el 70% de los usuarios de la RSN tienen edades entre 18 y 34 años. Además, que ciertas regiones del país tienen más actividad que otras regiones con mayor población y un índice más alto de conectividad al internet. Así pues, se interpreta que este patrón se debe a una mayor conciencia de las amenazas geológicas en esas áreas debido a su cercanía a volcanes activos. La página de Facebook de la RSN se presenta como una oportunidad para acercar las geociencias a una audiencia popular y para motivar a la población a que participe en el reporte de sus observaciones de los sismos sentidos y así proveer datos de intensidades. Sin lugar a dudas, este nuevo acercamiento en educación puede mejorar la comprensión de los procesos geológicos e impactar positivamente la percepción de las amenazas naturales en Costa Rica.Costa Rica has a very high seismicity rate and geological processes are part of everyday life. However, formal educational programs and mainstream media have not yet found the appropriate way of educating the public on these topics, thus myths and misconceptions persist. Since 1982, the National Seismological Network of Costa Rica (RSN: UCR-ICE) studies the seismicity and volcanic activity in the country. With the increasing influence of social networks on information diffusion, the RSN has recently taken advantage of this new channel to report felt earthquakes and publish educational information related to Seismology. In this study, we analyze the demographics and geographic distribution of the RSN Facebook Page, the growth of followers, and the significance of their feedback. We observe that 70 % of the RSN users are between ages from 18 to 34. Moreover, we observe that certain regions of the country have more Facebook activity, although those regions are not the most populated nor have a high Internet connectivity index. We interpret this pattern as the result of a higher awareness to geological hazards in those specific areas. We see the RSN Facebook page as an opportunity to engage non-science audiences and encourage the population to participate in reporting seismic observations, thus providing intensity data. This new approach to science education might improve the understanding of geological processes and might positively alter the current perception towards natural hazards in Costa Rica

El carácter pionero de los trabajos de Heinrich Fischer (1875,1881,1882) sobre los jades sociales en la geoarqueología de Costa Rica

Con base en la traducción al idioma español de un informe de H. Fischer publicado en alemán en 1882 y otros trabajos contemporáneos, se ofrece una revisión analítica de su trabajo y resultados concretos. Se destaca la condición pionera de esta investigación en geoarqueología, dentro del contexto paradigmático de la ciencia, que se desarrollaba en el siglo XIX. Se evalúa la utilidad objetiva de la clasificación de los "jades sociales", con base en los criterios de color y, principalmente, gravedad específica. Se sugiere que el método de Fischer amerita seguimiento y perfeccionamiento, de manera que sea aplicado de forma rutinaria en los frecuentes casos de materiales líticos arqueológicos cuya condición particular no admite tratamiento analítico mediante técnicas destructivas