Revista Geológica de América Central

The Aguas Zarcas carbonaceous chondrite: bolide, fall and recovery of an extraordinary CM2 type meteorite

Resumen El 23 de abril del 2019 a las 21:08, se observó un bólido en una dirección sureste a noroeste en el centro-norte de Costa Rica, registrado por cámaras. En San Carlos se reportó un sonido explosivo (fragmentación en la atmósfera), y luego se dio una lluvia de meteoritos en los distritos Aguas Zarcas y La Palmera de San Carlos. El primer fragmento (1071 g) fue recuperado en una vivienda en La Caporal de Aguas Zarcas, a la que le horadó el techo, se rompió en algunos pequeños fragmentos, para un peso total de 1152 g. En los días siguientes, hacia el noroeste de Aguas Zarcas, en La Cocaleca, Santa Rosa, La Palmera, y alrededores, se recuperaron fragmentos con peso desde <1 g hasta el mayor de 1875 g. El total recuperado se estimó en casi 30 kg. El área de caída tiene una forma de elipse orientada SE-NW, de ~6,5 km por 3 km. Se propuso el nombre Meteorito Aguas Zarcas, que fue aprobado por la Meteoritical Society el día 30 de mayo. Las masas principales por encima de ~50 g, muestran regmagliptos (muchos con superficies iridiscentes). Otros fragmentos tienen formas de gota, plato, elípticos, patrones aerodinámicos, y de domo frontal. El interior de los especímenes analizados muestra cóndrulos en porcentajes variables, una matriz gris oscuro a negro, inclusiones ricas en calcio y aluminio (CAI), cristales submilimétricos de plagioclasas, piroxenos, olivino, y hojuelas metálicas o de sulfuros. La superficie de fusión es muy evidente, presenta microfracturas, es levemente magnético y tiene un olor orgánico particular. Los análisis químicos e isotópicos llevados a cabo por las universidades de Costa Rica, Arizona y Nuevo México, entre otras, y las características texturales observadas y geoquímicas analizadas, lo clasifican como pétreo condrítico carbonáceo, del tipo CM2: minerales hidratados, en medio de una matriz fina, componentes con carbón, sulfuros con níquel, con características muy similares en composición general e isotópica de oxígeno similares a los valores solares. Los condritos carbonáceos solo constituyen ~4% del total de los meteoritos recuperados en la Tierra, y preservan la composición geoquímica, isotópica y mineralógica de los primeros millones de años de historia del Sistema Solar, lo que hace que el evento de Aguas Zarcas sea extraordinario y de gran interés científico a nivel nacional e internacional.

Abstract On April 23rd, 2019 at 21:08 local time, a fireball was observed crossing the night sky of central Costa Rica with a general southeast to northwest direction, in an event registered by both witnesses and cameras. A subsequent explosive sound (fragmentation in the atmosphere) was reported near San Carlos, followed by a meteorite shower in the districts of Aguas Zarcas and La Palmera, of San Carlos. The first recovered fragment (1071 g) came from a house near La Caporal in Aguas Zarcas, where the impact bored a hole in the ceiling breaking the meteorite in smaller pieces adding up to a total weight of 1152 g. In the following days several other fragments were recovered towards the northwest of Aguas Zarcas, in the towns of La Cocaleca, Santa Rosa, and La Palmera, with weights ranging from <1g to 1875 g. The total recovered mass of the meteorite was estimated in roughly 30 kg. After proper revision by the Meteoritical Society, the official name “Aguas Zarcas Meteorite” was approved on May 30th, 2019. The main masses of the meteorite, in excess of ~50 g, show regmaglypts (some with iridescent surfaces). Other fragments display drop, platy, and elliptical forms, with aerodynamic patterns, and showing a frontal dome. The inner parts of the analyzed specimens show chondrules on varying areal percentages, within a dark-gray to black matrix. Calcium-Aluminum rich inclusions (CAI), sub-millimetric crystals of plagioclase, olivine, and sulphide and metallic flakes are also present in the matrix. A clear fusion crust is evident in some fragments showing cooling microfractures. It is slightly magnetic and expels a particular organic-like odor. Geochemical and isotopic analyses performed at the Universities of Costa Rica, Arizona and Nuevo Mexico, among others, and the observed textural characteristics of the meteorite, indicate that it belongs to the Carbonaceous Chondrite classification of rocky meteorites, type CM2 which entails the presence of hydrated minerals within a fine matrix composed of carbon, and nickel-rich sulphides components. CM2 meteorites also show general compositions and oxygen isotope compositions similar to the primitive solar nebula. Carbonaceous chondrites represent only ~4% of the total recovered meteorites worldwide and they preserve the geochemical, isotopic, and mineralogical composition of the first millions of years of the history and evolution of the Solar System, making the Aguas Zarcas Meteorite an extraordinary event, and sparking national and international scientific interest.

Analysis of infrasound data of the meteorite of Aguas Zarcas of San Carlos, Costa Rica, april 23, 2019

Resumen El 23 de abril de 2019 a las 21:07:22 hora de Costa Rica, las cámaras web del Observatorio Vulcanológico y Sismológico de Costa Rica de la Universidad Nacional (OVSICORI-UNA), ubicadas en la cima de los volcanes Turrialba y Poás captaron un resplandor en la atmósfera que correspondió al paso de un meteorito que cayó en el distrito de Aguas Zarcas, San Carlos. Esto también fue registrado en el arreglo de infrasonido localizado en el volcán Turrialba entre las 03:12:19 y 03:12:37, hora UTC (Local+06) i.e. con una duración de 18 segundos. A las 03:12:19, la señal presentó un azimut posterior de 302.4°N, velocidad aparente de 347,0 m/s y una presión de 0,13 Pascales (Pa), además mostró una mayor amplitud a las 03:12:23 horas con 0,23 Pa, azimut posterior de 302,3°N, velocidad aparente de 352 m/s. Los datos con alta correlación (> 0,6) indican que el meteorito generó una onda infrasónica con velocidad aparente de 359 m/s, azimut posterior 302,4°N, una frecuencia media de 2,864±1,582 Hz y amplitud máxima de 0,23 Pa. Se considera que este fue un bólido pequeño con una energía estimada de 2.74 X 1010 Julios. El meteorito fue reportado visto desde localidades como Cartago, Turrialba, Puntarenas, Liberia, Escazú, Fraijanes, San Ramón, Venecia, Ciudad Quesada y Aguas Zarcas de San Carlos.

Abstract On April 23, 2019, at 21:07:22 (Costa Rica time), the cameras of the Vulcanological and Seismological Observatory of Costa Rica of the National University, located in the Poas and Turrialba volcanoes, captured a resplendence in the atmosphere. That luminosity corresponded to a meteorite that fell in the district of Agua Zarcas in San Carlos. This was also registered in the infrasound arrangement located in the Turrialba volcano between 03:12:19 and 03:12:37, UTC (local time+ 6hrs) with a duration of 18 seconds. At 03:12:19 the signal showed a backazimut of 302.4°N, apparent velocity of 347,0 m/s and a pressure of 0,13 Pascal (Pa), also showed a greater amplitude at 03:12:23 with 0,23 Pa, backazimut of 302,3°N and apparent velocity of 352 m/s. The data with high correlation (> 0,6) indicated that this meteorite generated an infrasonic wave with an apparent velocity of 359 m/s, backazimut of 302,4°N, an average frequency of 2,864 ± 1,582 Hz and a maximum amplitude of 0.23 Pa. This meteorite was considerated small with an estimated energy of 2.74 X 1010 Joules. It was seen from towns such as Cartago, Turrialba, Puntarenas, Liberia, Escazu, Fraijanes, San Ramon, Venice, Ciudad Quesada and Aguas Zarcas de San Carlos.

Space-time evolution of eruptive mouths on the volcanoes Irazú, Arenal, Turrialba and Poás in historical time (Costa Rica)

Resumen: Se realizó un análisis histórico de la evolución morfológica y temporal de los cráteres y las bocas eruptivas (cráteres laterales, intracráteres y cráteres pequeños o bocas) de los volcanes Irazú, Arenal, Turrialba y Poás. El establecimiento de las bocas eruptivas intracratéricas estuvo precedida por actividad fumarólica en la parte cuspidal, cuya localización al parecer está controlada por las mismas directrices tectónicas predominantes en el edificio volcánico: NW-SE, E-W y N-S (Irazú), E-W (Arenal), NE-SE (Turrialba) y N-S (Poás). La actividad eruptiva de las bocas en el Irazú y su paulatina coalescencia, estuvo gobernada por actividad freática con fases freatomagmáticas (1917-1921, 1924, 1928-1930, 1933, 1939-1940), que culminan con la actividad eruptiva de 1962-1965, en presencia de material magmático juvenil abundante (actividad estromboliana y vulcaniana), para finalmente dar origen a un cráter mayor que engulle a los menores. En el Arenal, los 3 nuevos cráteres se formaron en 1968 sobre el flanco occidental con sentido E-W. Entre el periodo eruptivo del Irazú de 1723 y su reactivar en 1917, pasaron 194 años, similar en orden de magnitud a los 144 años de inactividad relevante del Turrialba entre 1866 y el 2010. El Turrialba presentó igualmente la formación de bocas menores entre el 2010 y el 2013, para culminar con el agrandamiento y profundización del cráter Activo (2014-2019) con varias bocas intracratéricas menores pero muy activas. En el Poás, la actividad del 2017 estuvo igualmente antecedida con actividad freática con la formación de borbollones o megahornillas, que culminaron con la destrucción del domo volcánico debido a explosiones freatomagmáticas. Se formó un nuevo cono de escorias en el mismo lugar del domo, así como de varias bocas con conos de azufre y borbollones en la posición del lago cratérico hiperácido (seco o parcialmente formado), orientados aproximadamente N-S. Se establece un cierto patrón en la sucesión de bocas y cráteres en dichos volcanes y su relación con la tectónica, que podría tener implicaciones para el peligro volcánico a corto plazo, al conocerse los sectores preferenciales de evolución y formación, así como la evolución desde bocas menores hasta cráteres mayores, relacionados con períodos eruptivos más vigorosos.

Abstract: Historical research was performed analyzing the morphologic and temporary evolution of the craters and small eruptive vents (lateral craters, intracraters, some as pit craters and small craters or “mouths”) of the volcanoes Irazú, Arenal, Turrialba and Poás. The establishment of the small intracrateric eruptive mouths was preceded by fumarolic activity in the summit, where location seems to be controlled by the same tectonic guidelines that predominate at the volcanic edifice or massif: NW-SE, E-W and N-S (Irazú), E-W (Arenal), NE-SE (Turrialba) and N-S (Poás). The initial formation of the intracraters at Irazú and its coalescing was ruled dominated by phreatic activity with phreatomagmatic phases (1917-1921, 1924, 1928-1930, 1933, 1939-1940), which culminated with eruptive activity from 1962 to 1965, in presence of abundant juvenile pyroclasts (strombolian and vulcanian activity), to finally establishing a main crater that encompasses the smaller craters. On Arenal’s western flank, three new craters formed in 1968 in the E-W fissure. Between Irazú’s eruptive period in 1723 and its reactivation in 1917, 194 years passed, similar to Turrialba’s 144 years of relevant inactivity between 1866 and 2010. Turrialba showed the formation of minor vents between 2010 and 2013, to culminate with the enlargement and deepening of the active crater (2014-2019) with various minor active intracraters. The 2017 activity at Poás volcano was also preceded by phreatic activity with the formation of mud volcanoes, which ended with the volcanic dome’s destruction by phreatomagmatic explosions. The birth of a new spatter cone at the same place of the former dome, as well as various sulfur cones and mud volcanoes oriented approximately N-S. In this paper, certain patterns in the succession of craters in the cases mentioned and their relationship with the tectonic trends may have short-term implications for the volcanic hazard once the preferential sectors of evolution and formation are known, as well as the evolution from small crater to larger ones, related to more vigorous eruptive periods.

Volcanotectonic model of the Turrialba complex graben (Costa Rica) and its relationship with sectorial collapses under a transpressive and transtensive regime

Resumen El volcán Turrialba posee en su cima un graben complejo con rumbo aproximado N50°E, de 3,5 km de longitud y un ancho máximo de 2,8 km, limitado por un sistema complejo de fallas sinestrales con componente normal, varios cráteres orientados N45°E y una caldera de avalancha desportillada hacia el NE, de 6 km de longitud y 2,5 km (en promedio) de ancho. En el flanco SW se presentan dos conos secundarios con orientación N30°E; todos estos el- ementos evidencian una zona de debilidad volcanotectónica con sentido NE a lo largo de por lo menos 9 km. El análisis de las fallas secundarias asociadas presentes en sus flancos, de la morfoneotectónica y de la sismicidad, junto con los rasgos morfovolcánicos, sugieren un modelo volcanotectónico más complejo para este volcán que el planteado hasta el momento en la literatura. Se propone la existencia de una falla regional de rumbo sinestral, orientada SW-NE, la cual en superficie forma una estructura en flor negativa y genera un graben complejo limitado principalmente por las fallas Elia y Ariete. Los esfuerzos transtensivos favorecieron la formación de los cráteres y escarpes, mientras que los esfuerzos transpresivos debieron de producir una domificación tectónica y la formación de zonas altamente fracturadas. Las zonas de debilidad y el posible plegamiento favorecieron la formación de un colapso sectorial hacia el NE, con el concomi- tante desarrollo de una o varias avalanchas de escombros volcánicos. Un mecanismo similar pudo ser el disparador de la avalancha de escombros volcánica de Angostura hace 17 ka, teniendo por fuente de origen la caldera de avalancha de Coliblanco, en el flanco SW del Turrialba. Las fallas Ariete y Elia poseen un potencial sísmico de Mw 6,2 y 6,0; respectivamente y, a través de ellas, se puede producir la generación de nuevos focos eruptivos y colapsos sectoriales.

Abstract The Turrialba volcano has a complex graben on its summit with an approximate strike of N50°E, a length of 3.5 km and a maximum width of 2.8 km. The boundaries of the graben are a complex system of left-lateral, strike-slip faults with normal component, several craters oriented N45°E and a collapse caldera oriented to the NE of 6 km long and 2.5 km wide. Two secondary cones are on its SW flank with N30°E orientation; all these elements show a NE volcanotectonic trend along 9 km. The analysis of secondary faults presents on its flanks, the morphoneotectonics and seismicity, together with morphovolcanic features, suggests a volcanotectonic model more complex than those proposed in the literature for this volcano. We propose the existence of a regional left-lateral strike-slip fault, oriented SW-NE, which forms a flower structure at the surface, generating a complex graben bounded by the Elia and Ariete faults. The transtensive stress favored the formation of the craters and escarpments, whereas the transpresive stress produced a dome fold structure and highly fractured areas. The zones of weakness and possible folding favored the formation of a sectoral collapse toward the NE, with the associated development of one or several volcanic debris avalanche deposits. A similar mechanism could be the trigger of the Angostura volcanic debris avalanche 17 ka ago, from the Coliblanco avalanche caldera on the SW flank of Turrialba. The Ariete and Elia faults have a seismic potential of Mw 6.2 and 6.0, respectively. The generation of new eruptive volcanic vents and sector collapses along these faults can also occur in the future.

Mineralogical and mechanical characterization of a green stone pendant, from the archaeological site of Nuevo Corinto, Costa Rica

Resumen Las piedras verdes fueron objetos de gran importancia dentro de las poblaciones precolombinas del territorio costarricense y fueron producidas desde el año 500 a.n.e hasta 900 n.e. El colgante verde en estudio pertenece al Periodo Terminal (700 a 900 n.e.) y fue hallado en el sitio arqueológico Nuevo Corinto (L72-NC), localizado en la zona de “Línea Vieja”, en el Caribe Central de Costa Rica. Se determinó la composición mineral del colgante mediante difracción de rayos X (XRD), que permitió clasificarlo como un “jade social”, debido a que su componente mineral principal es cuarzo. El estado de conservación de la pieza mostró una baja estabilidad mecánica que se determinó mediante mediciones de pulso ultrasónico, y que se comparó con muestras de jadeíta y de cuarzo, esta baja estabilidad mecánica esta posiblemente asociada a los procesos de meteorización posdeposicionales del sitio donde se localizó la pieza. A su vez se observaron características morfológicas generales mediante microscopia de luz y de barrido electrónico (SEM), tal como una superficie irregular, en donde los orificios observados presentaron una mayor presencia de Fe y Al, mientras que las superficies lisas tienen una mayor presencia de Si, lo que coincide con los procesos de meteorización observados. Este estudio permitió realizar una clasificación del colgante, así como determinar el estado de conservación de la pieza y sus procesos de meteorización.

Abstract The green stones were objects of great importance within the pre-Columbian populations of the Costa Rican territory and were produced from year 500 BCE up to 900 CE. The green pendant studied belongs to the Terminal Period (700 to 900 CE) and was found in Nuevo Corinto archaeological site (L72-NC), located in “Línea Vieja” zone, in Central Caribbean of Costa Rica. The mineral composition of the pendant was determined by X-ray diffraction (XRD), which allowed to classify it as a “social jade” because its main mineral component is quartz. The state of conservation of the piece showed a lower mechanical stability determine by ultrasonic pulse measurements, and compared to samples of jadeite and quartz. This is possibly associated with postdepositional weathering processes of the site where the piece was located. At the same time, general morphological characteristics were observed through a combination of light microscopy and scanning electron microscopy (SEM), such as an irregular surface, where the orifices observed have a mayor presence of Fe and Al, while the smooth surfaces have a greater presence of Si, which is in agreement with the weathering processes observed. This study allowed a classification of the pendant, as well as to determine the state of conservation of the piece and the associated weathering processes.

Pre-GABI biotic connections between the Americas: an alternative model to explain the “less-splendid isolation” of South America

Resumen: Tradicionalmente América del Sur fue considerado como un continente isla durante la mayor parte del Terciario. Sin embargo, evidencia biológica y paleontológica dispersa indica que un intercambio biótico entre Norte y Sudamérica habría ocurrido en tiempos pre-Pliocenos. En contraposición, la evidencia geológica que sugiere que el Istmo de Panamá se habría cerrado en el Mioceno es todavía débil, y esto constituye una importante inconsistencia entre los datos geológicos y biológicos. Con la finalidad de explicar el poblamiento de las Islas Caribeñas por fauna y flora terrestres, diversos autores propusieron que entre el Eoceno y Oligoceno existió una lengua de tierra emergida llamada GAARlandia que uníría América del Sur con esas islas. Si este fuera el caso, habrían ocurrido intercambios bióticos entre las Islas del Caribe y ambas américas en una estrecha ventana temporal. Esta nueva hipótesis tiene implicancias profundas en el entendimiento de las fases tempranas del intercambio biótico entre las Américas en tiempos pre-pliocenos.

Abstract: Traditionally, South America was considered as an island continent during most of the Tertiary. However, sparse paleontological and biological evidence indicates that a biotic interchange between North and South America may have been occurred by pre-Pliocene times. Nevertheless, the geological evidence suggesting Miocene closure of the Isthmus is still wanting, and this constitutes an important inconsistency between biological and geological data. With the aim to explain the population of Caribbean islands by terrestrial fauna and flora, several authors proposed that between Eocene and Oligocene times there existed an above-water land span between South America and these islands, currently known as GAARlandia. If this is the case, there must have been biotic interchanges between the Americas and Caribbean islands in a narrow time window. This new hypothesis has deep implications for the understanding of the early phases of the biotic interchange between the Americas by pre-Pliocene times.

Important historical landslides in Barva volcano Costa Rica) and its transformation in debris flows

Resumen Se realizó un análisis histórico de los principales deslizamientos grandes que han ocurrido en las faldas del volcán Barva, los cuales se han transformado en flujos de escombros volcánicos (lahares no eruptivos). El primer registro se asocia con el terremoto acaecido el 15 de febrero de 1772, el cual produjo grandes movimientos en masa desde las partes altas del Barva, en las nacientes del río Itiquís, que llegaron cerca de Alajuela bajo la forma de flujos de escombros volcánicos (lahar cosísmico). Hacia el NE del cono Danta, se asocian dos deslizamientos que ocurrieron en el mismo sector. Uno entre los años 1963 y 1964 en las nacientes del río General que originó un pequeño lago por represamiento y tuvo un volumen mínimo de 0,02 km3. El otro ocurrió en el 2006, en donde se deslizó una masa de aproximadamente 0,05 km3, que alcanzó una velocidad estimada en unos 37 m/s (133 km/h), hasta transformarse en un flujo de escombros que viajó más de 20 km aguas abajo. Estos deslizamientos en las cabeceras del río General ocurrieron en una zona de pendientes muy fuertes con profusa alteración hidrotermal, y la presencia de fumarolas y aguas termales, sobre la cual sobreyacen paquetes de coladas de lava y rocas piroclásticas recientes. Este y otros sectores señalados en el trabajo son propensos a deslizamientos similares en el futuro y su transformación en flujos de escombros volcánicos, que representan un peligro dado que pueden viajar hacia sectores poblados muchos kilómetros aguas abajo.

Abstract A historical analysis was carried out on the main large landslides that have occurred in the foothills of the Barva volcano, which have been transformed into volcanic debris (non-eruptive lahars). The first record is associated with the earthquake that occurred on February 15, 1772 that produced large mass movements from the upper parts of Barva, in the headwaters of the Itiquís river, which arrived near Alajuela as a cosismic debris flow. Towards the NE of the Danta cone, two landslides occurred in the same sector, one between the years 1963 and 1964 in the headwaters of the General river that created a lake by damming the river; it had a minimum volume of 0.02 km3. The other occurred in 2006, where a mass of approximately 0.05 km3 slid and reached an estimated speed of about 37 m/s (133 km/h), until it was transformed into a debris flow that traveled more than 20 km downstream. These landslides in the headwaters of the General river occurred in an area of very strong slopes with profuse hydrothermal alteration and the presence fumaroles and hot springs, on which lie lava flow fields and recent pyroclastic rocks. This and other sectors indicated at work are prone to similar landslides in the future and their transformation into debris flows, which pose a danger because they can travel to populated areas many kilometers downstream.

Yugawaralite (zeolite) occurrence in Copey de Dota, Costa Rica

Resumen Se reporta por primera vez la presencia de la Yugawaralita (Ca(Al2Si6)O16·4H2O) en la zona de Copey de Dota, Costa Rica. La Yugawaralita es un mineral del grupo de las zeolitas, propio de fuentes termales, campos geotérmicos, complejos volcánicos básicos muy alterados, tanto piroclásticos como lavas, también se ha reportado como de origen metamórfico de contacto. El método de trabajo fue la geología de campo, petrografía microscópica y macroscópica, así como difractometría de rayos X (XRD), dos de las muestras mostraron zeolitas, en los afloramientos CO89A y CO89C. El afloramiento CO89A, es una arenisca media, gris clara, muy deleznable, con detritos volcaniclásticos bien redondeados y con moderada a buena selección. Aquí la Yugawaralita se presenta como cemento englobando por completo los clastos. El afloramiento CO89C es una lava andesitica-basáltica alterada, con abundante zeolitización, que en ocasiones rellena vesículas. La paragénesis observada es Yugawaralita, Laumontita, Montmorillonita y Calcita. Esta mineralización es blanca masiva, pulverulenta y muy frágil. Debido a la paragénesis Yugawaralita + Laumontita, la ausencia de fuentes termales y la presencia de rocas altamente silicificadas producto del metamorfismo de las intrusiones con tendencia máfica entre Copey y Santa María de Dota, se infiere que las zeolitas son producto del metamorfismo de contacto asociado a la Facies de Zeolitas.

Abstract Yugawaralite (Ca(Al2Si6)O16·4H2O) is reported for the first time in Costa Rica in the area of Copey de Dota. Yugawaralite belongs to the zeolite group, and can be found in hot springs, geothermal fields, strongly altered basic volcanic complexes (including pyroclasts and lavas), it has also been reported to be found in contact metamorphism settings. The work method included petrographic microscopy and macroscopy and X-ray diffractometry (XRD), two of the samples collected have zeolites, from the outcrops CO89A and CO89C. The CO89A outcrop has a light gray, well rounded, medium to well sorted, brittle, non‐calcareous medium grained sandstones, with volcaniclastic fragments, in this outcrop the Yugawaralite occurs as cement surrounding the clasts. In the outcrop CO89C there is a severely weathered basaltic-andesitic lava, with abundant zeolites, which fill vesicles. The observed paragenesis is Yugawaralite, Laumontite, Montmorillonite and Calcite, all these minerals are mixed in white massive and brittle aggregates. The Yugawaralite + Laumontite paragenesis, the absence of thermal springs in the area, the presence of silicified rocks nearby due to contact metamorphism caused by mafic intrusions between Copey and Santa María de Dota, suggests a contact metamorphism origin for the zeolites, corresponding to the Zeolite Facies.