Laboratorio de Estudios y Seguimientos de Volcanes Activos (LESVA)
- Resoluciones por la que fue creada
Resolución CPyGE Nº 017/16 - Director del LESVA
Dr. Alberto Tomás Caselli
El LESVA (Laboratorio de Estudios y Seguimientos de Volcanes Activos) realiza investigaciones multidisciplinarias en volcanes activos, que permitan comprender y desarrollar modelos sobre el comportamiento de los mismos. El objetivo principal de aplicación de estas investigaciones es determinar en tiempo y espacio la posibilidad de un evento eruptivo. La prioridad del LESVA es formar y consolidar un equipo de especialistas en este campo, que transferirá sus conocimientos a observatorios volcanológicos y a las comunidades de interés.
Las disciplinas que engloba son: Volcanología Física, Estratigrafía volcánica, Petrología de rocas volcánicas, Sismología Volcánica, Geoquímica de Fluidos, Deformación superficial, Amenazas y Riesgo Volcánico e Impacto Ambiental por gases y cenizas.
Los volcanes activos que se estudian actualmente se localizan en los Andes del Sur (e incluyen a los volcanes Copahue, Domuyo y Laguna del Maule, entre otros).
Además, se propone poner en valor las formas de percepción y apropiación del ambiente de distintos grupos sociales que habitan en Patagonia andina, en especial en lo referido al riesgo volcánico.
Integrantes IIPG
Dr. Alberto Tomás Caselli (Profesor Titular UNRN – Investigador Independiente CONICET)
Dr. Dominique Derauw (Profesor Asociado UNRN – Investigador Independiente CONICET)
Lic. Alejandro Báez (CONICET – docente UNRN)
Lic. Marcia Hantusch (CONICET – docente UNRN)
Mg. Iván Fernández Melchor (CONICET – docente UNRN)
Lic. Sara Pereira Da Silva (CONICET – docente UNRN)
Lic. Enzo Martínez (CONICET – docente UNRN)
Lic. Rafael Sale (CONICET – docente UNRN)
Investigadores/Tesistas asociados
Mg. Paula Páez (Profesora Adjunto UNRN)
Lic. Sebastián Marín Rato (UNCO)
Sr. Axel Córdoba (estudiante UNCO)
Datos de contacto
atcaselli@unrn.edu.ar
Laboratorio de Estudio y Seguimiento de Volcanes Activos (LESVA)
Instituto de Investigación en Paleobiología y Geología
Av. J.A. Roca 1242, (8332) Gral. Roca, Río Negro, Argentina
Teléfono: +54 0298 4420886 / 2984 766847
Estudio de Rocas Piroclásticas
Para comprender el comportamiento de un sistema volcánico activo, se debe establecer la historia eruptiva (magmas involucrados, ciclos y evolución magmática de los diferentes mecanismos eruptivos) y su relación con el medio tectónico. El estudio de los depósitos piroclásticos es la base para interpretar procesos eruptivos, procesos de transporte y procesos de deposición en ambientes de volcanismo explosivo. La obtención de datos primarios y su interpretación puede ayudar a reconstruir erupciones pasadas de un volcán. Para ello se realizan estudios de:
- Estratigrafía volcánica
- Análisis de litofacies en Corrientes de Densidad Piroclásticas
- Estudios bajo Microscopio Electrónico de Barrido
- Análisis por Difracción de Rayos X
- AMS
Estudio de Tefras
Gran parte de los procesos involucrados en una erupción explosiva no son observables directamente, por lo que es necesario recurrir a evidencias indirectas. Uno de los aspectos más estudiados es el análisis de las tefras emitidas durante la erupción, que representan fragmentos enfriados del magma pudiendo incluso preservar burbujas en forma de vesículas. Las texturas de las tefras evidencian procesos ocurridos antes, durante e inmediatamente después de la erupción, pudiendo así obtener información sobre la dinámica en el conducto, la fragmentación y ascenso del magma, los eventos de nucleación, entre otros.
La vesiculación y fragmentación del magma puede evaluarse mediante la cuantificación textural de las partículas muestreadas. Por otra parte, la viscosidad del magma, su velocidad de ascenso, los procesos de vesiculación, el estilo de fragmentación y la dinámica de la explosión imprimen propiedades características y medibles sobre las texturas de las partículas volcánicas, como ha sido demostrado en estudios teóricos y experimentales.
AMS en rocas volcánicas y volcaniclásticas
El AMS consiste en una herramienta que se utiliza para estimar la orientación de las partículas magnéticas de una muestra de roca dada, permitiendo el estudio de paleocorriente, deformación y procesos reológicos en todo tipo de rocas. En las últimas décadas, los estudios de AMS se han aplicado a rocas volcánicas, lo que permite determinar el área de origen, el transporte y las condiciones de emplazamiento de las Corrientes de Densidad Piroclásticas y flujos de lava. Por sus extensos depósitos de ignimbritas, el Complejo Volcánico Caviahue-Copahue constituye un área propicia para el estudio de AMS en este tipo de rocas. Se realizan estudios de este tipo junto a Investigadores de la Universidad Federal de Río Grande del Sur (Brasil).
Dr. Alberto Tomás Caselli (Profesor Titular UNRN – Investigador Independiente CONICET)
Lic. Alejandro Báez (CONICET – docente UNRN)
En los últimos años, el avance tanto de la precisión y resolución espacio-temporal de técnicas geodésicas espaciales, como el GPS o el InSAR (Interferometría con Radar de Apertura Sintética), como de la modelización cuantitativa de deformaciones ha permitido profundizar en el estudio de las deformaciones de la corteza terrestre en áreas volcánicas con el fin de estimar la localización, geometría y variaciones de volumen de distintos cuerpos magmáticos.
En el marco de una colaboración con el European Centre for Geodynamics and Seismology (ECGS) en Luxemburgo y aprovechando de desarrollos anteriores hechos en el Centre Spatial de Liège en Bélgica, el Laboratorio de Estudio y Seguimiento de Volcanes Activos (LESVA-IIPG), participó activamente en el desarrollo de una herramienta automática aplicado al monitoreo de volcanes por interferometría radar de apertura sintética.
Esta herramienta, llamada MasTer Tool (InSAR automated Mass processing Toolbox for multidimensional Time series), totalmente automática, monitorea la deformación del terreno en forma continua, para realizar el seguimiento de los volcanes Domuyo y Laguna del Maule en tiempo real.
MasTer se aplica en imágenes SAR de los satélites Europeos Sentine 1A y Sentinel 1B para generar series temporales de los movimientos. A partir del procesamiento de interferometria SAR diferencial (InSAR) y Multidimensional Small BAseline Subset (MSBAS), se visualiza los movimientos verticales y horizontales en tiempo cuasi real (unas horas después que se puede conseguir la última imagen). Esta herramienta alimenta una pagina web en Luxemburgo que da acceso a la comunidad científica a todos los resultados.
Dr. Dominique Derauw (Profesor Asociado UNRN – Investigador Independiente CONICET)
Axel Córdoba (estudiante UNCO)
El estudio de una región volcánica, desde el punto de vista sísmico, es importante porque nos permite conocer diferentes aspectos del sistema volcánico. Entre otros: la dinámica y los mecanismos de transporte de fluidos, los efectos o consecuencias derivadas de esa la dinámica y el posible estado de esfuerzos local y regional (mecanismos de fuente sísmica). Esto hace que las señales que se puedan registrar en este tipo de ambientes sean diversas entre sí, y algunas de ellas muy diferentes a las que se pueden esperar en un ambiente puramente tectónico. El estudio y análisis de una región volcánica usando datos sísmicos requiere: detección y registro de las señales, identificación y clasificación, y análisis cuantitativo de las mismas. Se puede obtener información de los parámetros de la fuente (posición, evolución espacio-temporal, cuantificación energética, física y naturaleza, etc.) y del medio (estructura de velocidad, atenuación, respuesta local, heterogeneidades, etc.).
El seguimiento de la actividad sísmica es la más antigua de las técnicas de vigilancia, ya que toda reactivación volcánica lleva asociado también un incremento de la sismicidad. Parte por identificar claramente las pautas de la actividad sísmica durante la fase de reposo (línea de base) y controlar cuando esta actividad se va alejando de esa línea base, variando la distribución de los distintos tipos de eventos, o la aparición de nuevas familias, así como la relación con otros fenómenos (cambios de la composición de los gases, temperaturas, deformación, etc.).
El objetivo principal de la sismología volcánica es mejorar el conocimiento de los sistemas volcánicos activos a través del análisis de las señales sísmicas que generan. Estas señales contienen información sobre muchos aspectos del volcán, como parámetros de la fuente sismo-volcánica (posición, geometría, dinámica, energía, evolución espaciotemporal, etc.) y características del medio (estructura de velocidad, atenuación, distribución espacial de heterogeneidades, etc.). Eventos volcánicos tales como tremor volcánico y eventos del largo-período proporcionan información sobre los mecanismos y la dinámica del transporte de fluidos dentro del sistema volcánico. Además, los eventos volcano-tectónicos (VT) ofrecen una visión de la dinámica y geometría de las fracturas en el medio y, por lo tanto, constituyen una poderosa herramienta para investigar el estado local de estrés producido por la dinámica volcánica.
Tomografía Sísmica
Además, se determina el campo de velocidad de ondas sísmicas de cuerpo en la superficie terrestre en la caldera del Agrio, para aportar conocimiento del modelo estructural y conceptual más detallado para la caldera del Agrio y el volcán Copahue, obtenido a partir de la inversión conjunta de funciones receptoras y curvas de dispersión.
Se obtendrá una tomografía de primeros arribos e identificar potenciales cuerpos ígneos de alta importancia como cámara magmática y posibles reservorios geotérmicos.
Se espera realizar una tomografía pasiva y poder tener un conocimiento completo 3D con profundidades bien determinadas de la estructura de la caldera, lo cual es fundamental para poder entender la geodinámica de la caldera del Agrio y de sus sectores de alto potencial de exploración geotérmica.
Para ello se utilizará el software Tomography que resuelve el problema inverso usando el método de los mínimos cuadrados amortiguados para obtener los modelos 3D de las velocidades de P y S, su razón Vp/Vs y la localización de los hipocentros.
Mg. Iván Fernández Melchor (CONICET – docente UNRN)
Lic. Enzo Martínez (CONICET – docente UNRN)
El registro de señales de infrasonido permite detectar la ocurrencia de erupciones volcánicas tanto a nivel local (<15km) como regional (>100 km). La Universidad Nacional de Rio Negro cuenta con un array de infrasonido de 4 canales para tareas de investigación. Un array es un arreglo de sensores dispuestos sobre un terreno preferentemente horizontal bajo una geometría definida, que registran el paso de ondas de infrasonido de manera sincronizada. La coherencia de la señal a través del array se utiliza para detectar la llegada de una onda y su dirección de retropropagación. A partir de esto se caracterizan y clasifican aquellos eventos generados por erupciones explosivas en función de su amplitud, frecuencia y duración, y se describen parámetros asociados a la dinámica eruptiva aplicando ecuaciones derivadas de la teoría lineal del sonido. Así es posible obtener información actualizada sobre el estado de la actividad eruptiva independientemente de las condiciones de visibilidad del volcán y mantener un seguimiento de la transición entre fases eruptivas. Permite calcular la tasa de explosiones por minuto, su energía y la velocidad de salida de la columna eruptiva con lo que es posible derivar el flujo de masa expelido por el volcán y estimar la altura de la pluma en tiempo real. En este sentido, analizar las señales infrasónicas de una erupción devuelve parámetros de entrada para modelar la dispersión de cenizas en la atmósfera.
Por otro lado, un estudio en conjunto con análisis sísmicos permite obtener datos sobre la dinámica del sistema volcánico somero y su geometría. Puede establecerse velocidad de ascenso de las burbujas de gas, su nivel de coalescencia y la posición de la superficie libre donde ocurren las explosiones. A partir de esto es posible estimar la longitud del conducto lleno de magma desde la zona de coalescencia de burbujas, indicado por sismos de muy largo período, hasta la superficie libre.
Lic. Marcia Hantusch (CONICET – docente UNRN)
La composición química de las aguas o de los gases presentes en las emisiones de un volcán es un reflejo de su actividad. Los gases procedentes del magma circulan por el sistema de fracturas interactuando con acuíferos y roca de caja saliendo a superficie en forma de fumarolas o fuentes termales. Las técnicas actuales de vigilancia geoquímica parten de considerar que las emisiones gaseosas están en equilibrio cuando el volcán se encuentra en reposo. Cuando el sistema evoluciona, se produce un desequilibrio en la composición de las emisiones y este desequilibrio es el indicador de la actividad.
En la vigilancia de volcanes activos y la predicción de erupciones los métodos geoquímicos fueron incrementando su reputación debido a que permiten conocer el grado de actividad del sistema magmático. Cuando está en reposo, la mayor parte de la actividad se debe a la circulación de los gases a través del sistema de fracturas, mezclándose con aguas meteóricas o subterráneas originando acuíferos geotérmicos, fumarolas, etcétera. Así, las características químico-físicas de las emisiones de gas y de las aguas termales que observamos en estos ambientes no son otra cosa que el resultado de una larga serie de interacciones, de tipo sólido-líquido, sólido-gaseoso y líquido-gaseoso, entre los componentes profundos (magmáticos) y superficiales (hidro-atmósféricos). Cuando hay perturbaciones del sistema este se manifiesta generalmente mediante variaciones en la composición química del flujo gaseoso.
El estudio geoquímico se lleva a cabo mediante el muestreo de gases fumarólicos y de los principales cuerpos de agua (lagos y acuíferos) con el fin de analizar el sistema y realizar el seguimiento del mismo. Para gases volcánicos se realizan tres tipos de muestreo: gases ácidos (CO2, H2S, SO2), condensables (HCl, HF, NH4, HBr y B) e incondensables (H2, O2, He, CO, CH4, C2H6, Ar, N2). Las muestras se recogen en recipientes especiales tomando in situ la temperatura, conductividad y pH y se analizan en distintos laboratorios (Universidad de Florencia, Universidad de Palermo).
Recientemente, la técnica de Multi-GAS ha sido pionera para permitir mediciones rápidas de composiciones químicas de gases volcánicos, incluyendo proporciones de CO2/SO2. El conocimiento de las emisiones de los volátiles de CO2 y SO2 podrá contribuir a la comprensión del movimiento del magma en sistemas volcánicos-hidrotermales activos, aumentando la posibilidad de vincular la desgasificación con datos geofísicos, utilizados para implemetar medidas en la alerta temprana de una erupción.
La composición de la fase gaseosa procedente del cráter del volcán Copahue se determinará mediante un analizador Multi-Gas, facilitado por la Universidad de Palermo (Italia), totalmente autónomo que se instaló en el borde del mismo, a aproximadamente 200 m de distancia de la boca de emisión. Se capturarán señales de los sensores de gas H2O, CO2, SO2 y H2 a una frecuencia de medición de ≈0,5 Hz. Las concentraciones de SO2 se medirán con un sensor electroquímico, en tanto las concentraciones de CO2 se medirán con un sensor infrarrojo. Se recogerán series temporales de concentraciones de estos gases en partes por millón en volumen.
Lic. Sara Pereira Da Silva (CONICET – docente UNRN)
Se realizará el análisis probabilístico de inundación de lahares a partir de modelamiento numérico. Mediante el presente plan de investigación, se pretende contribuir al conocimiento de los peligros asociados al vulcanismo activo de nuestro país, que permita generar información tendiente para la Gestión de Riesgos y Ordenamiento Territorial. Particularmente, se hará énfasis en realizar el análisis probabilístico de lahares, a partir del modelado numérico con el software TITAN2F, en el volcán Copahue (37º51’S – 71º09’O, 2977 msnm), el cual presenta marcada actividad histórica y reciente, siendo su último ciclo eruptivo correspondiente al periodo 2012-
2020, inclusive durante junio-julio del 2020, con emisión de cenizas.
Se busca que las metodologías aplicadas y los resultados obtenidos en este trabajo, sirvan de motor de investigación para guiar los esfuerzos futuros para reducir las incertidumbres generales que se plantean actualmente en el estudio de lahares, con el fin de poder elaborar un método que se adecue para una evaluación de Riesgo robusta, precisa y aplicable a éste y otros sistemas volcánicos del país.
Con el propósito de satisfacer el marco global de investigación, se establecen los siguientes objetivos específicos:
- Caracterizar los depósitos de lahares que se canalizaron por las laderas del volcán Copahue y estudiar su génesis y comportamiento reológico mediante la aplicación de metodologías integradas.
- Generar distintos Modelos Digitales del Terreno, a partir de imágenes ópticas, de radar de apertura sintética y VANT. Se pretende comparar dichos Modelos de Elevación Digital con resoluciones diferentes y analizar las incertidumbres en cada uno de ellos. Esto permitirá escoger los mejores insumos para el software TITAN2F.
- Realizar la evaluación probabilística del peligro por lahares con el programa TITAN2F, con el fin de generar posibles escenarios de su distribución espacial, aplicándolo a distintos Modelos de Elevación del Terreno obtenidos.
- Evaluar la confiabilidad de su uso sobre los modelos de elevación, comparando los pronósticos del programa con datos de campo, validándolo mediante eventos laháricos históricos.
- Contribuir a mejorar el conocimiento referido a los lahares con el fin de adoptar medidas preventivas adecuadas y mejorar la gestión de Riesgo en la región.
Lic. Rafael Sale (CONICET – docente UNRN)
Las erupciones volcánicas expulsan aerosoles y gases a la troposfera. La intensidad y duración de los eventos volcánicos son bastante variables y también lo son los efectos de esos eventos en el medio ambiente y las poblaciones humanas. Las actividades humanas y los medios de vida también se ven afectados, con los consiguientes impactos socioeconómicos. En los últimos años, las frecuentes erupciones volcánicas en los Andes del Sur interrumpieron el tráfico aéreo y terrestre y tuvieron importantes impactos ambientales y socioeconómicos en las comunidades cercanas de Argentina y Chile.
La línea de investigación propuesta propone:
- Un estudio detallado de las emisiones de cenizas y gases volcánicos a partir del estudio de sensores remotos o mediciones in situ de la deposición de cenizas mediante el análisis de los lixiviados de materiales adsorbidos en las cenizas o del estudio de la lluvia ácida. Las mediciones por satélite proporcionan un enfoque interesante, ya que muestran un área a la vez y pueden recopilar extensas series temporales. El análisis de lixiviados adsorbidos en partículas de ceniza de grano fino en muestras de cenizas volcánicas proporciona información sobre la composición de los gases. Los elementos solubles en agua constituyen una fuente indirecta de información sobre la composición de las emisiones volcánicas.
- Determinar el alcance de las emisiones de cenizas y gases, evaluar la tasa de deposición a través del uso de modelos de dispersión.
- Evaluar la concentración de elementos químicos y su movilidad en diferentes matrices ambientales (aire, suelo y agua) permite determinar el impacto ambiental generado a partir de la contaminación atmosférica asociada a la actividad volcánica en la Zona Volcánica Andina Sur (SVZ).
Mg. Paula Paez (Profesora Adjunto UNRN)