ABSTRACT Background Tungurahua volcano (Ecuador) intermittently emitted ash between 1999 and 2016, enduringly affecting the surrounding rural area and its population, but its health impact remains poorly documented. Objectives We aim at assessing the respiratory health hazard posed by the 16-17 August 2006 most intense eruptive phase of Tungurahua. Methods Based on detailed field surveys and grain size analyses, we mapped the spatial distribution of the health-relevant ash size fractions produced by the eruption in the area impacted by ash fallout. We used Scanning Electron Microscopy and Raman Spectroscopy to quantify the mineralogy, composition, surface texture and morphology of a respirable ash sample isolated by aerodynamic separation. The cytotoxicity and pro-inflammatory potential of this respirable ash towards lung tissues was assessed in-vitro using A549 alveolar epithelial cells, by Electron Microscopy and biochemical assays (LDH assay, RT-qPCR, multiplex immunoassays). Results The eruption produced a high amount of inhalable and respirable ash (12.0-0.04 kg/m 2 of sub-10 µm and 5.3-0.02 kg/m 2 of sub-4 µm ash deposited). Their abundance and proportion vary greatly across the deposit within the first 20 km from the volcano. The respirable ash is characteristic of an andesitic magma and no crystalline silica is detected. Morphological features and surface textures are complex and highly variable, with few fibres observed. In-vitro experiments show that respirable volcanic ash are internalized by A549 cells and processed in the endosomal pathway, causing little cell damage, but some changes in cell morphology and membrane texture. The ash trigger a weak pro-inflammatory response. Discussion These data provide the first understanding of the respirable ash hazard near Tungurahua, and the extent to which it varies spatially in a fallout deposit. Given the long exposure duration of the surrounding population, the chronic effects of this inhalable, weakly bio-reactive ash on health could be further investigated.

Abstract Exposure to ambient particulate matter (PM) with an aerodynamic diameter of <10 μm (PM 10 ) is a well‐established health hazard. There is increasing evidence that geogenic (Earth‐derived) particles can induce adverse biological effects upon inhalation, though there is high variability in particle bioreactivity that is associated with particle source and physicochemical properties. In this study, we investigated physicochemical properties and biological reactivity of volcanic ash from the April 2021 eruption of La Soufrière volcano, St. Vincent, and two desert dust samples: a standardized test dust from Arizona and an aeolian Gobi Desert dust sampled in China. We determined particle size, morphology, mineralogy, surface texture and chemistry in sub‐10 μm material to investigate associations between particle physicochemical properties and observed bioreactivity. We assessed cellular responses (cytotoxic and pro‐inflammatory effects) to acute particle exposures (24 hr) in monocultures at the air‐liquid interface using two types of cells of the human airways: BEAS‐2B bronchial epithelial cells and A549 alveolar type II epithelial cells. In acellular assays, we also assessed particle oxidative potential and the presence of microorganisms. The results showed that volcanic ash and desert dust exhibit intrinsically different particle morphology, surface textures and chemistry, and variable mineralogical content. We found that Gobi Desert dust is more bioreactive than freshly erupted volcanic ash and Arizona test dust, which is possibly linked to the presence of microorganisms (bacteria) and/or nanoscale elongated silicate minerals (potentially clay such as illite or vermiculite) on particle surfaces.