Caldera Volcanoes

In continental-margin subduction zones, basalt magmas spawned in the mantle interact with the crust to produce a broad spectrum of volcanic arc associations. A distinct style of very voluminous arc volcanism develops far inland on thick crust over periods of 10–20 m.y. and involves relatively infrequent caldera-forming explosive eruptions of dominantly calc-alkaline rhyo-lite, dacite, and trachydacite with repose times of 10 4 –10 6 yr. Volumes of individual eruptions are large (10 2 –10 3 km 3), and nested super-eruptions of thousands of cubic kilometers are common. Calderas are as much as 60–75 km in diameter , and surrounding individual ignimbrite outflow sheets extend outward as much as 150 km, blanketing upwards of 10 5 km 2. Little or no basalt is extruded, whereas andesitic differentiates coeval with silicic ignimbrites range from minor to dominant in relative volume. A common feature in these flareups is essentially nonextending, thick, inland crust overlying a subducting oceanic plate with transverse tears that rolled back to a steeper dip from a previously flat configuration. Lithospheric delamination is locally possible. Large volumes of basalt that provide heat and mass for silicic magma generation in the crust form by fluid fluxing of the growing mantle wedge overlying the steep-ening dehydrating slab and from asthenospheric decompression. Variations in the mantle input, together with variations in crustal thickness, temperature, and composition, modulate the expression of the flareups. As a consequence of the high flux of mantle-derived magma into the thick crust, geotherms become elevated, and the brittle-ductile transition can rise to depths as shallow as 7 km. At this transition, diapirically rising magmas from a melting, assimilation , storage, and homogenization (MASH) zone are blocked and spread laterally into discoid chambers that grow until a thermomechanical threshold is attained, triggering climactic eruption and caldera collapse. This ignimbrite flareup style of continental arc volcanism is exemplified by the mid-Cenozoic southern Great Basin ignimbrite province; other examples include the contemporaneous Southern Rocky Mountain, Mogollon-Datil, vast Sierra Madre Occidental volcanic fields, and the late Cenozoic Altiplano-Puna volcanic complex in the Central Andes. Rhyolitic and trachydacitic ignimbrites typically have erupted, but where the crust was predominantly felsic, prewarmed, and orogenically thickened, well-developed MASH zones have spawned multiple super-eruptions of phenocryst-rich dacite, or monotonous intermediates, and smaller volumes of calc-alkaline rhyolite ignimbrite. In the Great Basin, eruptions of dry, hot trachydacite magma followed the monotonous intermediates. Partial melting in thinner crust with a major mafic component yielded more alkalic rhyolite and related trachydacite.

The Ilopango caldera is located in the central part of El Salvador, within the right-lateral El Salvador Fault System (ESFZ) and adjacent to the capital city of San Salvador. The caldera has a polygonal shape of 17 × 13 km and hosts an intra-caldera lake. Ilopango caldera had multiple collapse eruptions that formed widespread and voluminous silicic ignimbrites. Volcanic activity of the caldera has been controlled by strike-slip faults of the ESFZ. In this work we present the geological characteristics of the first three ignimbrite-forming eruptions of Ilopango caldera, providing an interpretation of the origin and initial stages of the volcanic evolution of this caldera complex. An initial extensional regime of the ESFZ possibly developed a graben at or near the actual Ilopango caldera, where the graben's master faults worked as fissure vents during the first caldera collapse. The Olocuilta Ignimbrite was emplaced at 1.785 ± 0.01 Ma BP, with a Dense Rock Equivalent (DRE) volume N 50 km 3 (probably ~300 km 3). The ESFZ stress gradually changed from extensive to transtensive, inducing the second collapse associated with a pull-apart caldera, producing the Colima Ignimbrite at 1.56 ± 0.01 Ma BP, with a DRE volume of N11 km 3. The transtensive regime increased along the ESFZ, producing the third collapse in the pull-apart graben caldera apparently affected by the newly formed strike-slip San Vicente Fault. This phase corresponds to the explosive eruption that formed the Apopa Ignimbrite at ~1.34 Ma BP, with N9 km 3 DRE volume. The latter ignim-brite marks a change in the eruptive style producing hydromagmatic pyroclastic flows followed by a dense ignimbrite with coignimbrite lithic breccias. These features suggest the involvement of water that could come from a paleoIlopango lake within the caldera depression associated with the second caldera collapse at 1.56 Ma BP. Ilopango is thus a multistage caldera system associated with the largest explosive events registered in El Salvador so far.

Ilopango caldera erupted episodically at least 13 tuff-forming eruptions with a minimum estimate volume of 1-5 km 3 DRE per eruption, reaching up to 150 km 3 DRE for the first caldera-forming eruption. All tuffs are of dacitic-rhyolitic composition. The complete pyroclastic sequence spans a range in time from 1.785 to 0.0015 Ma, and based on stratigraphy and geochronology constraints can be divided into three formations: the Comalapa, Altavista and Tierras Blancas formations. In this work, we focus on the members of the newly described Altavista Formation (middle part of Ilopango caldera volcanic sequence), which consist of six consolidated pyroclastic deposits or tuffs. Each tuff corresponds to a specific eruption followed by a period of quiescence during which soil beds were developed on the deposits. The ages of the Altavista Formation ranges from 918 to 257 ka, based on new 40 Ar/ 39 Ar, U/Pb-zircon, and U/Th-zircon analyses. The tuffs of this formation show similar characteristics in mineralogy and composition. They are calcalkaline, rhyodacitic tuffs, with plagio-clase, clinopyroxene, and hornblende. From field mapping and descriptions of the deposits, we have inferred the eruptive styles that include pumice fallouts, pyroclastic density currents and also hydromagmatic explosions. The common vent in all tuffs was the Ilopango caldera and each member of the Altavista Formation could correspond to a caldera collapse event, except for one of the six eruptions. The volume of each member was estimated to be N30 km 3 DRE, which is the same order of magnitude than that estimated for the Tierra Blanca Joven (TBJ) eruption at about 1,500 B. P, and smaller than those of the ignimbrites of the Comalapa Formation, the first three members of the Ilopango caldera reported previously. The tuffs of the Altavista Formation are visible up to 15-20 km away from the caldera's topographic margin. The recurrence interval of large explosive events at the Ilopango caldera was established by integrating the stratigraphic and geochronologic data of all 13 ignim-brites and pumice fallouts erupted from Ilopango caldera since the first one at 1.78 Ma to the last explosive event (TBJ).

Elizabeth Rovere es Licenciada y Doctora en Ciencias Geológicas, FCEN UBA. Desde 1997 es Jefe de Proyecto en la Dirección de Geología Regional del Instituto de Geología y Recursos Minerales (IGRM) del Servicio Geológico Minero Argentino (SEGEMAR). Es Profesora de
Vulcanología, Volcanismo Activo,  FCEyN, Univ. Nac. San Luis – FCNyMuseo, Univ. Nac.La Plata, Univ. del Comahue. Dirección de Beca Doctorado otorgada por la ANPCyT, MinCyT y Tesis Doctorado en Cs. Nat., la Fac. Cs. Nat. y Museo, Univ. Nac. de La Plata.
Miembro de IAVCEI - Presidenta de la Asociación Civil GEVAS Red Argentina. Cities on Volcanoes conferences. COV (NZ, Japón, Ecuador, Islandia, Mexico, Chile, Italia).

Con el inicio de la actividad del volcán Chaitén (2008), se inició la coordinación de Asociación Civil (GEVAS Red Argentina: Geología, Volcanes, Ambiente y Sociedad) fundada en el trabajo interdisciplinario en colaboración con la Red Internacional de Amenazas Volcánicas en la Salud, (IVHHN - International Volcanic Health Hazard Network) dirigida por la Dra. Claire Horwell, (Universidad de Durham, R.U.), médicos especialistas (médicos) en salud pública, Dr.. Peter Baxter (Univ. Cambridge) y Dr. Mario
Rovere (Universidad de Buenos Aires). En el 2009 junto a científicos vulcanólogos de
Nueva Zelanda (GNS y Universidad de Canterbury) y profesionales del SEGEMAR, Departamento de Geología Regional, se realizó un reconocimiento de las zonas afectadas por cenizas del volcán Chaitén en las regiones noroeste de Chubut (Argentina) y Región de Palena (Chile). Durante el 2010 y 2011 fue coordinadora de los Simposios sobre Vulcanismo y Riesgo Geológico en el Congreso de Geomorfología y Cuaternario y Congreso Geológico Argentino, y dictó un curso postgrado en la UNLP sobre “Volcanes
Andinos y su impacto en la sociedad y el medio ambiente”.
En el 2011, a raíz la erupción Complejo Volcánico Puyehue-Cordón Caulle, realiza tareas investigación en laboratorios argentinos y exterior enfocados a la caracterización geoquímica, textural y sedimentológica de cenizas volcánicas, así como su dispersión aérea a través de modelos matemáticos.
Colaboró en la idea, redacción y creación del Proyecto de Ley S-1911/11 en el
Senado de la Nación (Senador Dr. H. Lores, Neuquén) para la implementación de una Ley para la creación un Centro Emergencias Vulcanológicas (CEVCOR) y Observatorio Vulcanológico (OVA).
En el 2011 fue invitada a la 1er Reunión “Volcano Observatories Best Practices” organizada por el USGS, IAVCEI, INGV, WOVO, GEO, realizado en la ciudad Erice en Sicilia (Italia) como representante argentina, Fundación Ettore Majorana.
Desde 2011 publicó trabajos en revistas y reuniones científicas, tales como Natural
Hazards, South American Journal of Earth Sciences y Latin American Journal of Sedimentology and Basin Analysis. Contribuciones orientadas a investigaciones sobre impactos de erupciones tales como los volcanes Quizapu (1932) y Puyehue-Cordón Caulle (2011), Copahue (alertas 2012, 2013, 1014).
Durante 2012 realizó trabajos de reconocimiento y publicaciones sobre la temática geoambiental en Neuquen y Río Negro, junto a los Dres Peter Baxter (Univ. Cambridge, UK),Thomas Wilson (GSA y Univ. Canterbury, Nueva Zelanda), investigadores de la Univ. Nac. Comahue y médicos de distintas disciplinas. Principales temas: “impactos de las cenizas volcán Puyehue Cordón Caulle en la salud, la infraestructura y los servicios esenciales”.
En Julio de 2012 coordinó un trabajo de investigación (Daniela Torrisi, UNComahue y
COPADE prov. de Neuquén) sobre “Estado de Preparación Argentina ante futuras
Erupciones Volcánicas”, pasantía en SEGEMAR, Dirección de Geología Regional, Buenos Aires.
En octubre de 2012 es invitada a la Conferencia Internacional de “Mujeres Científicas “
Desarrollo redes sustentables de Mujeres Científicas para el Manejo de Tareas de “Amenazas Tectónicas” en la ciudad de Santiago, Chile. "Developing Sustainable Networks of Women Scientists for Addressing Issues of Tectonic Hazards", organizado por COACh, University of Oregon, USA.
En noviembre de 2012 cursó y participó en Workshops sobre Monitoreos Geofísico- Volcánicos, en la Reunión Internacional COV7 Cities on Volcanoes 7, tambien presentó dos trabajos en Simposios sobre Impactos Cenizas Volcánicas en la Salud, en la ciudad de Colima, Mejico.
En enero 2013 realizo el Taller Applying Computational Models to Real Case Scenarios for Volcanic Hazard Assessment, auspiciado por la NSF y PASI Estados Unidos, organizado por la Univ. Colima, Mejico.
En Marzo 2013 realizo el taller Fluid Geochemistry of Volcanic and Geothermal
Systems, organizado por la AGA la UNRN. En Caviahue y Copahue, provincia Neuquén, 11 al 15 Marzo 2013, desde el 2010 los talleres realizados forman parte la capacitación post-doctorado. En Octubre del 2013 fue invitada a la 2da Reunión “Volcano
Observatories Best Practices” organizada por el USGS, IAVCEI, INGV, WOVO, GEO, realizado en la ciudad Erice en Sicilia (Italia) como representante argentino asistió el Lic. Marcelo Vázquez Herrera, secretario de GEVAS Red Argentina, organizado por la Fundación Ettore Majorana. En Noviembre 2013 coordinó la visita en Bs. As. de la reunión internacional de “Desarrollo de redes sustentables de Mujeres Científicas para el Manejo de Tareas de “Amenazas Hídricas e Hidrogeológicas” en la Ciudad Autón. de Bs. As., Argentina. "Developing Sustainable Networks of Women Scientists for Addressing Issues of Hydrological Hazards", Hotel Hilton, Puerto Madero. COACh, Univ. Oregon, EEUU.
En abril 2014 colaboró en la evaluación del trabajo de investigación sobre “Volcanes
Activos en Fronteras” dirigido por la Dra. Amy Donovan de la Universidad de Cambridge, Reino Unido. 
Durante el XIX Congreso Geológico Argentino del año 2014 realizado en Córdoba, organizó y coordinó el 2do. Simposio “Amenazas Geológicas, Impacto en la Sociedad y
Reducción del Riesgo” donde se presentaron más de 20 trabajos publicados en Actas.  Es miembro fundadora y preside la Asociación Civil GEVAS Red Argentina (Geología, Volcanes, Ambiente y Salud) hasta el año 2017.
En Diciembre 2015 Participación de la Reunión de “Mujeres Científicas COACh de la
Universidad de Oregon” AGU Fall Meeting: ante la Reunión Anual de la American
Geophysical Union AGU Diciembre de 2015 realizada en San Francisco, California,
EEUU, representando al SEGEMAR se  presentó el trabajo titulado “Volcanic Ash
Hazards and Risk in Argentina: Scientific and Social Collaborative Approaches” - New insights into the Active Deformation, Tectonic Evolution, and Hazard Mitigation of the Caribbean Plate and South America  PostCongreso: Realizo un entrenamiento organizado por el Servicio Geologico de Estados Unidos y la Universidad de Hawaii, sobre Emergencias Volcánicas. San Francisco EEUU, Dic. 2015.
Firmo un acuerdo de cooperación con la IAPG Asociación Internacional para la Promoción de la Geoética. 
2016.- -Capacitación y dictado de Talleres en Vulcanología, Impactos y Evaluación de peligros de origen volcánico en la Línea Sur, Ing. Jacobacci, Sec. Ejec. Lic. Carlos Cuburu (SEGEMAR) proyecto para alumnos de la Tecnicatura en Minería y Geociencias, provincia de Río Negro. 
-Envío de trabajos científicos EGU, European Geophysical Union y en la 35th IGC International Geological Congress en Sud Africa. 
-Participación como expositora, coordinadora de sesiones y conferencista en el Taller 7 -
Workshop sobre “Monitoreos volcánicos, información a la población. Geoética, Educación y Salud”. COV9 Cities on Volcanoes 9 en Puerto Varas, Chile. 
2017.-Presentación de Proyecto: Centro de Investigación en Cenizas Volcánicas en el Servicio Geológico Minero Argentino, SEGEMAR, DGAA. 
Presentación de Proyecto: Geodinámica Superficial en el Campo Volcánico de Copahue-Caviahue. Amenazas Geológicas en las costas del Lago Caviahue. Servicio Geológico Minero Argentino, SEGEMAR, DGAA.
Presentación de Proyecto: Carta Geológica de costas y plataforma continental. Proyecto coordinado entre el SEGEMAR y el Servicio de Hidrografía Naval. 
Jefe de proyecto “Peligrosidad Geológica en el Complejo Volcánico Domuyo”, provincia del Neuquén. Servicio Geológico Minero Argentino, SEGEMAR, Ministerio de Energía y Minería. 
Coordinadora  y Evaluadora de Trabajos (Handling Editor) del Simposio Riesgo Geológico y Geoética en el XX Congreso Geológico Argentino, Agosto 2017.
Participación en el “Simposio sobre gestión de riesgos y preparación en catástrofes”,  organizado por la Secretaría de Seguridad, Ministerio de Defensa y la Embajada de los Estados Unidos de América. 
2017: Jefe de proyecto “Peligrosidad Geológica en el Complejo Volcánico-Geotérmico 
Domuyo”, provincia del Neuquén. Servicio Geológico Minero Argentino, SEGEMAR, Ministerio de Energía y Minería, DGAA.
Evaluadora del Simposio Riesgo Geológico y Geoética en el XX Congreso Geológico Argentino, Agosto 2017. 
Participación (SEGEMAR) en el “Simposio sobre gestión de riesgos y preparación en catástrofes”, organizado por la Secretaría de Seguridad, Ministerio de Defensa y la Embajada de los Estados Unidos de América. 
2018.- Editora de coordinación de evaluación en la revista científica internacional Episodes. IUGS.  http://www.episodes.org/
-Coordinación de la Sesión (Proposal) VMA Volcanic Multihazards in the Americas en las Conferencias “Cities on Volcanoes 10, Nápoles, Italia”. Septiembre 2018.
- Presidente de la Asociación Civil GEVAS RED ARGENTINA y participación del Equipo de Organización de la Plataforma Global para la Reducción de Riesgos de Desastres, UNISDR. “El Beneficio de la Resiliencia: Hacia Sociedades Inclusivas y Sustentables”. 2018-2019.

Cosmic ray exposure (CRE) dating was performed on the caldera cliffs of Santorini with the aim of detecting cliff segments predating the Minoan eruption (17th century BCE). The methodology involved the determination of in situ-produced cosmogenic 36 Cl concentration in basaltic-to-rhyodacitic whole rocks cropping out in the cliffs. After the samples were processed following the chemical protocol of 36 Cl preparation for silicate rocks, 36 Cl concentrations were measured by accelerator mass spectrometry (AMS). Important challenges during the implementation procedure were related to large amounts of radiogenic 36 Cl, complex modeling of inherited 36 Cl, and dominance of the thermal and epithermal (low-energy) neutron capture production pathway. Nevertheless, quantitative assessments on the basis of the contribution of the low-energy neutron capture pathway percent to the total production rate validated the calculated CRE dates. Current CRE ages demonstrate that an ancient caldera existed on pre-Minoan Santorini, occupying at least the northern half of the modern-day caldera.

Hydrothermal activity at Campi Flegrei caldera is simulated by using the multiphase code MUFITS. We first provide a brief description of the simulator covering the mathematical formulation and its applicability at elevated supercritical temperatures. Then we apply, for the first time, the code to hydrothermal systems investigating the Campi Flegrei caldera case. We consider both shallow subcritical regions and deep supercritical regions of the hydrothermal system. We impose sophisticated boundary conditions at the surface to provide a better description of the reservoir interactions with the atmosphere and the sea. Finally we carry out a parametric study and compare the simulation results with gas temperature and composition, gas and heat fluxes, and temperature measurements in the wells of that area. Results of the parametric study show that flow rate, composition, and temperature of the hot gas mixture injected at depth, and the initial geothermal gradient strongly control parameters monitored at Solfatara. The results suggest that the best guesses conditions for the gas mixture injected at 5 km depth correspond to a temperature of ~ 700 °C, a fluid mass flow rate of about 50–100 kg/s, and an initial geothermal gradient of ~ 120 °C/km.

A series of large caldera-forming eruptions (361– 38 ka) transformed Gorely volcano, southern Kamchatka Peninsula, from a shield-type system dominated by fractional crystallization processes to a composite volcanic center, exhibiting geochemical evidence of magma mixing. Old Gorely, an early shield volcano (700–361 ka), was followed by Young Gorely eruptions. Calc-alkaline high magnesium basalt to rhyolite lavas have been erupted from Gorely volcano since the Pleistocene. Fractional crystallization dominated evolution of the Old Gorely magmas, whereas magma mixing is more prominent in the Young Gorely eruptive products. The role of recharge-evacuation processes in Gorely magma evolution is negligible (a closed magmatic system); however, crustal rock assimilation plays a significant role for the evolved magmas. Most Gorely magmas differentiate in a shallow magmatic system at pressures up to 300 MPa, ∼3 wt% H 2 O, and oxygen fugacity of ∼QFM + 1.5 log units. Magma temperatures of 1123–1218 °C were measured using aluminum distribution between olivine and spinel in Old and Young Gorely basalts. The crystallization sequence of major minerals for Old Gorely was as follows: olivine and spinel (Ol + Sp) for mafic compositions (more than 5 wt% of MgO); clinopyroxene and plagioclase crystallized at ∼5 wt% of MgO (Ol + Cpx + Plag) and magnetite at ∼3.5 wt% of MgO (Ol + Cpx + Plag + Mt). We show that the shallow magma chamber evolution of Old Gorely occurs under conditions of decompression and degassing. We find that the caldera-forming eruption(s) modified the magma plumbing geometry. This led to a change in the dominant magma evolution process from fractional crystallization to magma mixing. We further suggest that disruption of the magma chamber and accompanying change in differentiation process have the potential to transform a shield volcanic system to that of composite cone on a global scale.