Predicción de la actividad volcánica

Principios generales de la sismología volcánicaEditar

• La actividad sísmica (terremotos y temblores) siempre se produce cuando los volcanes se despiertan y se preparan para entrar en erupción y son un vínculo muy importante con las erupciones. Algunos volcanes tienen normalmente una actividad sísmica continua de bajo nivel, pero un aumento puede indicar una mayor probabilidad de erupción. Los tipos de terremotos que se producen y el lugar en el que comienzan y terminan son también señales clave. La sismicidad volcánica tiene tres formas principales: terremoto de corto período, terremoto de largo período y temblor armónico.
• Los terremotos de corto período son como los terremotos normales generados por fallas. Son causados por la fractura de la roca frágil cuando el magma se abre paso hacia arriba. Estos terremotos de periodo corto significan el crecimiento de un cuerpo de magma cerca de la superficie y se conocen como ondas «A». Este tipo de eventos sísmicos también suelen denominarse eventos o terremotos volcano-tectónicos (o VT).
• Se cree que los terremotos de largo periodo indican un aumento de la presión del gas en el sistema de tuberías de un volcán. Son similares al estruendo que a veces se escucha en el sistema de tuberías de una casa, que se conoce como «golpe de ariete». Estas oscilaciones son el equivalente a las vibraciones acústicas de una cámara, en el contexto de las cámaras de magma dentro de la cúpula volcánica y se conocen como ondas «B». También se conocen como ondas de resonancia y eventos de resonancia de largo periodo.
• Los temblores armónicos son a menudo el resultado del magma que empuja contra la roca suprayacente bajo la superficie. A veces pueden ser lo suficientemente fuertes como para que las personas y los animales los sientan como un zumbido, de ahí su nombre.

Los patrones de sismicidad son complejos y a menudo difíciles de interpretar; sin embargo, el aumento de la actividad sísmica es un buen indicador del aumento del riesgo de erupción, especialmente si los eventos de largo período se vuelven dominantes y aparecen episodios de temblor armónico.

Usando un método similar, los investigadores pueden detectar erupciones volcánicas mediante el monitoreo de infrasonido-sonido sub-audible por debajo de 20 Hz. La Red Global de Infrasonido del IMS, creada originalmente para verificar el cumplimiento de los tratados de prohibición de pruebas nucleares, cuenta con 60 estaciones en todo el mundo que trabajan para detectar y localizar volcanes en erupción.

Estudios de casos sísmicosEditar

Una relación entre los eventos de largo período y las erupciones volcánicas inminentes se observó por primera vez en los registros sísmicos de la erupción de 1985 del Nevado del Ruiz en Colombia. La ocurrencia de eventos de período largo se utilizó entonces para predecir la erupción del Monte Redoubt en 1989 en Alaska y la erupción del Galeras en 1993 en Colombia. En diciembre de 2000, los científicos del Centro Nacional de Prevención de Desastres de Ciudad de México predijeron una erupción en dos días en el Popocatépetl, en las afueras de Ciudad de México. Su predicción se basó en las investigaciones realizadas por Bernard Chouet, un vulcanólogo suizo que trabajaba en el Servicio Geológico de Estados Unidos y que observó por primera vez una relación entre los eventos de largo período y una erupción inminente. El gobierno evacuó a decenas de miles de personas; 48 horas más tarde, el volcán entró en erupción como se había previsto. Fue la mayor erupción del Popocatépetl en mil años, pero nadie resultó herido.

Temblores de los icebergsEditar

Las similitudes entre los temblores de los icebergs, que se producen cuando encallan, y los temblores volcánicos pueden ayudar a los expertos a desarrollar un mejor método para predecir las erupciones volcánicas. Aunque los icebergs tienen estructuras mucho más simples que los volcanes, son físicamente más fáciles de trabajar. Las similitudes entre los temblores volcánicos y los de los icebergs incluyen largas duraciones y amplitudes, así como cambios comunes en las frecuencias.

Emisiones de gasEditar

Pluma de gas y ceniza en erupción del Monte Pinatubo, Filipinas.

Cuando el magma se acerca a la superficie y su presión disminuye, los gases escapan. Este proceso es muy parecido a lo que ocurre cuando se abre una botella de bebida gaseosa y se escapa el dióxido de carbono. El dióxido de azufre es uno de los principales componentes de los gases volcánicos, y el aumento de su cantidad anuncia la llegada de cantidades crecientes de magma cerca de la superficie. Por ejemplo, el 13 de mayo de 1991, el Monte Pinatubo, en Filipinas, liberó una cantidad creciente de dióxido de azufre. El 28 de mayo, sólo dos semanas después, las emisiones de dióxido de azufre habían aumentado a 5.000 toneladas, diez veces más que la cantidad anterior. El Monte Pinatubo entró en erupción más tarde, el 12 de junio de 1991. En varias ocasiones, como antes de la erupción del Monte Pinatubo y de la erupción del Galeras (Colombia) en 1993, las emisiones de dióxido de azufre han descendido a niveles bajos antes de las erupciones. La mayoría de los científicos creen que este descenso de los niveles de gas se debe al sellado de los conductos de gas por el magma endurecido. Este hecho provoca un aumento de la presión en el sistema de tuberías del volcán y una mayor probabilidad de que se produzca una erupción explosiva. Un sistema analizador de gases multicomponente (Multi-GAS) es un paquete de instrumentos utilizado para realizar mediciones de alta resolución en tiempo real de las plumas de gas volcánicas. Las mediciones Multi-GAS de las proporciones de CO2/SO2 pueden permitir la detección de la desgasificación pre-eruptiva de los magmas ascendentes, mejorando la predicción de la actividad volcánica.

Deformación del sueloEditar

La hinchazón de un volcán señala que el magma se ha acumulado cerca de la superficie. Los científicos que vigilan un volcán activo suelen medir la inclinación de la ladera y seguir los cambios en la tasa de hinchamiento. Un aumento de la tasa de hinchamiento, especialmente si va acompañado de un aumento de las emisiones de dióxido de azufre y de temblores armónicos, es una señal de alta probabilidad de un evento inminente. La deformación del Monte St. Helens antes de la erupción del 18 de mayo de 1980 fue un ejemplo clásico de deformación, ya que la cara norte del volcán se abultaba hacia arriba mientras el magma se acumulaba debajo. La mayoría de los casos de deformación del suelo suelen ser detectables sólo por los sofisticados equipos que utilizan los científicos, pero aún así pueden predecir futuras erupciones de esta manera.Los volcanes hawaianos muestran una importante deformación del suelo; hay una inflación del suelo antes de una erupción y luego una evidente deflación después de la misma. Esto se debe a la poca profundidad de la cámara de magma de los volcanes hawaianos; el movimiento del magma se nota fácilmente en el suelo por encima.

Monitoreo térmicoEditar

Tanto el movimiento del magma, como los cambios en la liberación de gas y la actividad hidrotermal pueden conducir a cambios de emisividad térmica en la superficie del volcán. Estos pueden medirse mediante varias técnicas:

• radiometría infrarroja prospectiva (FLIR) a partir de dispositivos manuales instalados in situ, a distancia, o aéreos;
• imágenes satelitales de banda infrarroja;
• Termometría in situ (fuentes termales, fumarolas)
• Mapas de flujo de calor
• Cambios de entalpía en pozos geotérmicos

HidrologíaEditar

Hay 4 métodos principales que pueden utilizarse para predecir una erupción volcánica mediante el uso de la hidrología:

• Las mediciones hidrológicas e hidráulicas de pozos y sondeos se utilizan cada vez más para controlar los cambios en la presión de gas del subsuelo de un volcán y su régimen térmico. El aumento de la presión del gas hará que los niveles de agua suban y bajen repentinamente justo antes de una erupción, y la focalización térmica (aumento del flujo de calor local) puede reducir o secar los acuíferos.
• Detección de lahares y otros flujos de escombros cerca de sus fuentes. Los científicos del USGS han desarrollado un sistema barato, duradero, portátil y de fácil instalación para detectar y vigilar continuamente la llegada y el paso de flujos de escombros e inundaciones en los valles fluviales que drenan volcanes activos.
• El sedimento previo a la erupción puede ser recogido por un canal fluvial que rodea al volcán y que muestra que la erupción real puede ser inminente. La mayoría de los sedimentos son transportados desde las cuencas volcánicas perturbadas durante los periodos de fuertes lluvias. Esto puede ser una indicación de los cambios morfológicos y el aumento de la actividad hidrotermal en ausencia de técnicas de monitoreo instrumental.
• El depósito volcánico que puede ser colocado en la orilla de un río puede ser fácilmente erosionado lo que ampliará o profundizará dramáticamente el canal del río. Por lo tanto, el seguimiento de la anchura y la profundidad de los canales fluviales puede utilizarse para evaluar la probabilidad de una futura erupción volcánica.

La teledetecciónEditar

La teledetección es la detección mediante los sensores de un satélite de la energía electromagnética que es absorbida, reflejada, radiada o dispersada desde la superficie de un volcán o desde su material erupcionado en una nube de erupción.

• ‘Detección de nubes: Los científicos pueden controlar las nubes de erupción inusualmente frías de los volcanes utilizando datos de dos longitudes de onda térmicas diferentes para mejorar la visibilidad de las nubes de erupción y discriminarlas de las nubes meteorológicas
• ‘Detección de gases: El dióxido de azufre también puede medirse por teledetección en algunas de las mismas longitudes de onda que el ozono. Los espectrómetros de mapeo de ozono total (TOMS) pueden medir la cantidad de gas de dióxido de azufre liberado por los volcanes en las erupciones. Las emisiones de dióxido de carbono de los volcanes se han detectado en el infrarrojo de onda corta utilizando el Observatorio Orbital de Carbono 2 de la NASA.
• Detección térmica: La presencia de nuevas firmas térmicas significativas o «puntos calientes» puede indicar un nuevo calentamiento del suelo antes de una erupción, representar una erupción en curso o la presencia de un depósito volcánico muy reciente, incluyendo flujos de lava o flujos piroclásticos.
• Detección de la deformación: Los datos espaciales de radar por satélite pueden utilizarse para detectar cambios geométricos a largo plazo en el edificio volcánico, como el levantamiento y la depresión. En este método, el radar de apertura sintética interferométrica (InSAR), los modelos digitales de elevación generados a partir de las imágenes de radar se sustraen entre sí para obtener una imagen diferencial, que muestra las tasas de cambio topográfico.
• Monitorización forestal: Recientemente, se ha demostrado que la localización de las fracturas eruptivas podría predecirse, meses o años antes de las erupciones, mediante la monitorización del crecimiento de los bosques. Esta herramienta basada en la monitorización del crecimiento de los árboles ha sido validada tanto en el Monte Niyragongo como en el Monte Etna durante los eventos eruptivos del volcán de 2002-2003.
• Detección de infrasonidos: Un enfoque relativamente nuevo para la detección de erupciones volcánicas implica el uso de sensores de infrasonido de la red de infrasonido del Sistema Internacional de Vigilancia (IMS). Este método de detección toma señales de múltiples sensores y utiliza la triangulación para determinar la ubicación de la erupción.

Movimientos de masa y fallas de masaEditar

La monitorización de los movimientos de masa y las fallas utiliza técnicas de préstamo de la sismología (geófonos), la deformación y la meteorología. Los deslizamientos de tierra, los desprendimientos de rocas, los flujos piroclásticos y los flujos de lodo (lahares) son ejemplos de fallos en masa del material volcánico antes, durante y después de las erupciones.

El deslizamiento de tierra volcánico más famoso fue probablemente el fallo de una protuberancia que se formó a partir de la intrusión de magma antes de la erupción del Monte Santa Helena en 1980, este deslizamiento de tierra «descorchó» la intrusión magmática poco profunda causando un fallo catastrófico y una explosión lateral inesperada de la erupción. Los desprendimientos de rocas suelen producirse durante los periodos de mayor deformación y pueden ser una señal de aumento de la actividad en ausencia de un control instrumental. Los flujos de lodo (lahares) son depósitos de cenizas hidratadas removilizadas procedentes de flujos piroclásticos y depósitos de caída de cenizas, que se desplazan ladera abajo incluso en ángulos muy poco profundos a gran velocidad. Debido a su alta densidad son capaces de desplazar grandes objetos como camiones madereros cargados, casas, puentes y rocas. Sus depósitos suelen formar un segundo anillo de abanicos de escombros alrededor de los edificios volcánicos, siendo el abanico interior los depósitos primarios de ceniza. Una vez depositada su mejor carga, los lahares pueden seguir representando un peligro de inundación por las aguas residuales. Los depósitos de lahares pueden tardar muchos meses en secarse, hasta que puedan ser transitados. Los peligros derivados de la actividad de los lahares pueden existir varios años después de una gran erupción explosiva.

Un equipo de científicos estadounidenses desarrolló un método para predecir los lahares. Su método se desarrolló analizando las rocas del monte Rainier, en Washington. El sistema de alerta depende de la observación de las diferencias entre las rocas frescas y las más antiguas. Las rocas frescas son malas conductoras de la electricidad y se alteran hidrotérmicamente con el agua y el calor. Por lo tanto, si se conoce la edad de las rocas, y por tanto su resistencia, se pueden predecir las vías de un lahar. También se ha emplazado un sistema de monitores de flujo acústico (AFM) en el monte Rainier para analizar los temblores de tierra que podrían dar lugar a un lahar, proporcionando una alerta más temprana.