Gracias a la beca financiada por los productores del documental "Fire of Love", Anais Vásconez, investigadora del IG-EPN, culminó exitosamente su investigación sobre las erupciones del Cotopaxi en el prestigioso Laboratorio Magmas y Volcanes en la Université Clermont-Auvergne, Francia. Este estudio se enmarca dentro del convenio de cooperación entre el Instituto Geofísico, el departamento de Geología de la EPN, y el IRD.

Durante su estadía en Clermont-Ferrand, la científica del IG-EPN avanzó con el estudio de inclusiones magmáticas dentro de cristales recuperados en los productos eruptivos de las erupciones ocurridas en 1877, 1853, 1768, 1744 y el siglo X del volcán Cotopaxi.

Luego de haber analizado el CO2 de las burbujas y haber pulido los cristales hasta exponer las inclusiones magmáticas en la superficie, se utilizó la espectroscopía Raman para analizar el contenido de agua (H2O) de las más de 70 inclusiones magmáticas encontradas en cristales de plagioclasa y piroxeno (Figura 1).

Figura 1. Análisis por espectroscopía Raman de una inclusión magmática en un cristal de piroxeno recuperado de cascajo expulsado durante la erupción de 1877 del Cotopaxi.

Conocer el contenido de agua de estas pequeñas gotas de magma que los cristales incorporaron al crecer, es una de las piezas que nos permiten entender mejor la explosividad de las erupciones del Cotopaxi, así como la profundidad y temperatura a la cual se encontraba el reservorio magmático antes de cada erupción. Al conocer la variación de estos parámetros entre las diferentes erupciones del Cotopaxi, podemos comprender y modelar de mejor manera su actividad pasada y así prepararnos mejor para su actividad futura.

La figura 2 muestra el espectro Raman luego de hacer el tratamiento de los datos de una inclusión magmática atrapada en una plagioclasa de la erupción de 1744. La cantidad de agua se calcula en base al área debajo de la curva que dibuja el espectro.

Figura 2. Espectro Raman del agua en una inclusión magmática que se encuentra en un cristal de plagioclasa de la erupción de 1744 del volcán Cotopaxi.

Al usar la espectroscopía Raman hay una dificultad peculiar para analizar el porcentaje de agua en inclusiones magmáticas que contienen minerales de magnetita, ya que sus espectros se solapan, atenuando el espectro del agua. En el caso de las inclusiones magmáticas del Cotopaxi, la gran mayoría contiene magnetita, por lo que es necesario corregir los valores de agua obtenidos a través de este método.

Por esta razón, 11 cristales fueron fijados en el elemento químico Indio (49In) para que la Dra. Federica Schiavi, investigadora del IRD-LMV pueda analizar las 17 inclusiones magmáticas que se encuentran en su superficie por espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS, por sus siglas en inglés), método que no es afectado por la presencia de magnetita. El objetivo es comparar los porcentajes de agua sugeridos por el Raman con los porcentajes de agua medidos por el SIMS para cada inclusión, y, en combinación con los valores de intensidad del espectro de la magnetita, proponer una corrección para los valores de agua. De esta forma, se podrá recalcular los porcentajes de agua presentes en las más de 70 inclusiones magmáticas del Cotopaxi.

Por otra parte, los elementos mayores de las más de 70 inclusiones y de los cristales que las rodean fueron analizados por microanálisis en una sonda electrónica (EPMA, por sus siglas en inglés, figura 3). Estos incluyen los óxidos del sílice (SiO2), titanio (TiO2), aluminio (Al2O3), hierro (FeO), manganeso (MnO), magnesio (MgO), calcio (CaO), sodio (Na2O), potasio (K2O), y fósforo (P2O5).

Figura 3. Izquierda: Microanalizador por Sonda de Electrones (EPMA, por sus siglas en inglés) del Laboratorio de Magmas y Volcanes en la Universidad de Clermont-Auvergne, Francia. Derecha: Sala de control del EPMA durante el análisis geoquímico de una inclusión magmática en un cristal de piroxeno recuperado de cascajo expulsado durante la erupción de 1877 del Cotopaxi.

En total se tomaron 143 medidas de elementos mayores con la microsonda electrónica. La figura 4 muestra dos ejemplos de los datos obtenidos a través de este análisis.

Figura 4. Diagramas de variación de elementos mayores de las más de 70 inclusiones magmáticas encontradas en cristales de plagioclasa y piroxeno de las erupciones de 1877, 1853, 1768, 1744 y del siglo X del volcán Cotopaxi. Izquierda: variación de óxidos alcalinos con respecto al contenido de dióxido de sílice. Derecha: variación de óxido de magnesio con respecto al contenido de dióxido de sílice.

Para completar las piezas necesarias para desentrañar las condiciones físicas pre-eruptivas de los magmas del volcán Cotopaxi, en un próximo paso la Dra. Federica Schiavi y el Dr. Pablo Samaniego, investigadores del IRD-LMV, analizarán los elementos volátiles cómo el flúor (F), azufre (S) y cloro (Cl) de las mismas inclusiones magmáticas. Además, analizarán los elementos mayores y los elementos volátiles del vidrio volcánico syn-eruptivo, es decir, la matriz de la roca volcánica que fue expulsada durante cada erupción.

Figura 5. Láminas delgadas de cascajo de las cinco erupciones del Cotopaxi listas para ser analizadas por Microanálisis de Sonda Electrónica. Las zonas de interés revisadas previamente en microscopio binocular están señaladas por los círculos negros y blancos.

De esta forma, podremos comparar la composición inicial (magma dentro de la cámara magmática antes de la erupción, atrapado en cristales al crecer) con la composición final (magma expulsado durante la erupción, que se enfrió y formó el material volcánico emitido durante las erupciones). Esto es últil para entender procesos como la alimentación de la cámara magmática por magma fresco, la cristalización dentro de la cámara magmática y la desgasificación antes de cada una de las erupciones.

A. Vásconez Müller, F. Schiavi, P. Samaniego, S. Hidalgo
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional