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L’eruzione del vulcano Tajogaite (La Palma, Isole Canarie) avvenuta tra settembre e dicembre 2021 rappresenta un esempio di eruzione ibrida di lunga durata, che ha portato alla simultanea emissione di flussi di lava e prodotti piroclastici da diverse bocche eruttive. Anche se la copertura di tefra rappresenta solo il 7-16% del volume totale eruttato, l’eruzione fornisce la possibilità di ottenere importanti approfondimenti sulla complessa dinamica eruttiva. Lo studio delle particelle di cenere (p.e., morfologia, tessitura e composizione) rappresenta uno strumento importante in vulcanologia per la ricostruzione delle dinamiche eruttive. Altre informazioni chiave sui processi eruttivi possono essere ottenute dallo studio dei componenti che rimangono adsorbiti alla superficie esterna della cenere (precipitati) durante la formazione e/o il trasporto atmosferico.
In questo lavoro, sono stati selezionati e analizzati otto campioni di cenere rappresentativi delle principali fasi dell’eruzione Tajogaite al fine di caratterizzare: 1) la morfologia, la micro-tessitura e la composizione dei frammenti di cenere; 2) la composizione chimica dei precipitati mediante processo di lisciviazione dei materiali che aderiscono ai clasti; 3) la variabilità nel tempo (in ciascuna fase dell’eruzione) dei prodotti e delle loro caratteristiche fisiche e chimiche. I metodi hanno riguardato l’analisi granulometrica dei campioni mediante setacciatura, la differenziazione dei componenti basata sulle variazioni di morfologia, vescicolarità e cristallinità dei clasti, l’analisi morfologica 3D mediante tecniche di analisi d’immagine (stereomicroscopio e microscopio elettronico a scansione (SEM)), la preparazione di sezioni sottili e lucide necessarie per l’analisi micro-strutturale 2D dei campioni, ottenuta da immagini SEM-BSE specificamente acquisite ed elaborate e, infine, la caratterizzazione geochimica dei frammenti di cenere mediante microsonda elettronica (EMPA). Inoltre, la stessa serie di campioni è stata utilizzata per effettuare analisi di lisciviazione sui precipitati di cenere mediante cromatografia ionica e ICP-MS.
I risultati delle analisi evidenziano che i clasti juvenili espulsi durante le diverse fasi dell’eruzione mostrano una grande variabilità morfologica e tessiturale anche all’interno di una singola fase eruttiva. In particolare, dal punto di vista tessiturale, si identificano 4 gruppi distinti, che mostrano ampie variazioni della popolazione delle vescicole per unità di volume (NV), taglia e forma delle bolle, cristallinità, e composizione delle matrici vetrose. Nello specifico, NV varia da 343 cm-3 a 1838 cm-3, mentre i valori di vescicolarità variano da 25 vol.% a 68 vol.%. Dal punto di vista composizionale, le variazioni degli elementi maggiori quali SiO2 che varia da 43 wt% a 48 wt%, mostrano andamenti costanti in alcune fasi eruttive separati da cambiamenti più repentini. Le variazioni dei differenti parametri nel tempo (i.e. lungo la sequenza stratigrafica), suggeriscono che la variabilità dei prodotti eruttati e dei parametri tessiturali e composizionali associati possono essere il risultato di una combinazione di differenti processi. Tra questi, l’integrazione dei dati indica meccanismi di condotto (p.e. velocità di risalita, disaccoppiamento gas-magma, eterogeneità laterale all’interno del condotto) a loro volta potenzialmente associati a ripetuti input magmatici profondi. Le ulteriori analisi sui materiali adsorbiti dalle particelle di cenere emesse durante l’eruzione hanno permesso di decifrare sia i processi magmatici sia quelli avvenuti durante eruzione e trasporto nella colonna eruttiva. In particolare, le variazioni dei rapporti S/Cl, Cl/F e S/F evidenziano cambiamenti nel sistema magmatico e suggeriscono il controllo delle proprietà fisiche dei clasti di cenere quali vescicolarità e granulometria sulla capacità di adsorbimento e rilascio di materiali solubili potenzialmente lisciviabili nell’ambiente.

The eruption of Tajogaite volcano (La Palma, Canary Islands) which occurred between September and December 2021, represents an example of a long-lasting hybrid eruption, which led to the simultaneous emission of lava flows and pyroclastic products from different eruptive vents. Although the tephra cover represents only 7-16% of the total erupted volume, this eruption provides important insights into the complex eruptive dynamics. The study of ash particles (e.g., morphology, texture and composition) represents an important tool in volcanology for the reconstruction of eruptive dynamics. Other key information on eruptive processes can be obtained from the study of the components that remain adsorbed to the external surface of the ash (precipitates) during formation and/or atmospheric transport.
In this work, eight ash samples representative of the main phases of the Tajogaite eruption were selected and analyzed in order to characterize: 1) the morphology, micro-texture and composition of the ash fragments; 2) the chemical composition of the precipitates through the leaching process of the materials adhering to the clasts; 3) the variability over time (in each phase of the eruption) of the products and their physical and chemical characteristics. The methods involved the granulometric analysis of the samples by sieving, componentry analyses based on the variations in morphology, vesicularity and crystallinity of the clasts, the 3D morphological analysis using image analysis techniques (stereomicroscope and scanning electron microscope (SEM )), the preparation of thin and polished sections necessary for the 2D micro-textural analysis of the samples, obtained from specifically acquired and processed SEM-BSE images and, finally, the geochemical characterization of the ash fragments using electron microprobe (EMPA). Furthermore, a subset of samples was used to perform leaching analyses on the ash precipitates using ion chromatography and ICP-MS.
The results of the analyzes highlight that the juvenile clasts ejected during the different phases of the eruption show wide morphological and textural variability even within a single eruptive phase. In particular, from a textural point of view, 4 distinct groups are identified, and show large variability in the population of vesicles per unit volume (NV), size and shape of the bubbles, crystallinity, and composition of the glassy matrices. Specifically, NV varies from 343 cm-3 to 1838 cm-3, while vesicularity values vary from 25 vol.% to 68 vol.%. From a compositional point of view, the variations of the major elements such as SiO2 which varies from 43 wt% to 48 wt%, show constant trends in some eruptive phases separated by more sudden changes. The variations of the different parameters over time (i.e. along the stratigraphic sequence), suggest that the variability of the erupted products and the associated textural and compositional parameters may be the result of a combination of different processes. Among these, data integration indicates the role of conduit mechanisms (e.g. magma ascent velocity, gas-magma decoupling, lateral heterogeneity within the conduit) in turn potentially associated with repeated deep magmatic inputs. Further analyzes of the materials adsorbed by the ash particles emitted during the eruption enabled to decipher both the magmatic processes and those that occurred during the eruption and transport in the eruption column. In particular, the variations in the S/Cl, Cl/F and S/F ratios highlight changes in the magmatic system and suggest the control of the physical properties of the ash clasts such as vesicularity and grain size on the adsorption and release capacity of soluble materials potentially leachable into the environment.