Monitoreo Sísmico

Monitoreo sísmico y acústico

El seguimiento de la actividad sísmica es la técnica de vigilancia de volcanes más antigua que se utiliza. Su origen se remonta al siglo XIX cuando se desarrollaron los primeros instrumentos para el estudio de los sismos del volcán italiano Vesubio. Hoy en día, la instrumentación de cualquier volcán empieza siempre por la instalación de un sismómetro y paulatinamente se incorporan nuevos equipos en función de las posibilidades económicas y científicas de los países y los centros de investigación.

 

La Red Sísmica Telemétrica del Estado de Colima conocida como RESCO incorporada al CUEIV, es la responsable del monitoreo sísmico del Volcán de Colima. Esta se ubica en el edificio D de la Facultad de Ciencias (imagen 1). Para el monitoreo del Volcán de Colima actualmente se tienen 10 estaciones de banda ancha localizadas en WEST, SOMA, INCA. JUBA, EFRE, MNGR, ZRCO, USNE, USMO y USBO (imagen 2 y figura 8). Las estaciones USNE, USMO y USBO han sido donadas por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS). Adicionalmente, se tienen operando 4 estaciones de periodo corto en EZV3, EZV4, EZV5 y EZV6.

 

Los sismos producidos por los volcanes no tienen relación con los que son generados por fallas tectónicas y la metodología de observación para la sismicidad volcánica es muy diferente. Las fuentes o mecanismos que generan sismos en los volcanes son mucho más complejas y sus mecanismos todavía no han logrado ser comprendidos completamente.

 

Imagen 1. Red Sísmica Telemétrica del Estado de Colima (RESCO), ubicada en el edificio D de la Facultad de Ciencias.

 

 

Imagen 2. Estación sísmica de banda ancha (USBO) donada por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS).

 

Imagen 3. Sismograma de la estación SOMA en donde se observan señales asociadas a derrumbes y flujos piroclásticos de los días 11 y 12 de julio del 2015.

 

Entre las fuentes que originan los sismos de origen volcánico están el rompimiento de la roca encajonante por cambio de esfuerzos asociados al magma en movimiento (eventos de alta frecuencia HFs), resonancias generadas por movimientos de fluidos (sismos de largo periodo (LPs) y tremor), explosiones producto de una sobrepresión en el conducto y/o domo, derrumbes y flujos piroclásticos sobre las laderas del volcán (imagen 3) y flujos de lodo o escombros conocidos como lahares que bajan por las barrancas cuando ocurren altas precipitaciones de lluvia en el volcán.

 

 

 

 

 

Imagen 4. Sensor acústico instalado en MNGR.

 

Monitoreo Acústico

Adicionalmente desde el 2016, el CUEIV cuenta con sensores acústicos que nos permiten monitorear las señales de infrasonido que se pueden generar durante explosiones, derrumbes, lahares y desgasificaciones intensas. Este monitoreo es muy útil pues nos puede ayudar a discernir entre eventos explosivos y LPs. Actualmente se tienen 4 sensores acústicos instalados en las estaciones de SOMA, INCA, ZRCO y MNGR (imagen 4 y figura 8). La estación de ZRCO fue instalada en conjunto con el Centro de Geociencias de Juriquilla de la UNAM, para el estudio de los lahares que bajen por la barranca del Zarco cercana a las poblaciones de la Yerbabuena y la Becerrera. De igual forma la estación de MNGR nos permite reconocer lahares que bajen por la barranca de Montegrande hacia el sur del edificio volcánico.

Sismogramas y acustigramas en vivo

 

Sismicidad tectónica

La RESCO también tiene instaladas estaciones en el estado de Colima para el monitoreo de la sismicidad tectónica de la región. Se tienen estaciones de banda ancha en la Cumbre (COLI), Armería (ESLC), Cerro Grande (CEGR, imagen 9), Pueblo Juarez (BBPJ) y de periodo corto en San Gabriel (ESSG). Estas estaciones nos ayudan a reconocer las zonas sismogenicas en nuestro estado, lo cual es importante para el estudio del riesgo sísmico (figura 10).

Imagen 9. Estación sísmica de banda ancha en Cerro Grande (CEGR).

 

 

Figura 10. Red sísmica para la localización de eventos tectónicos operada por la RESCO. Imagen de Google Earth

Las señales sísmicas de la RESCO son compartidas en tiempo real con el Servicio Sismológico Nacional (http://www.ssn.unam.mx/) el cuál es el encargado de localizar y calcular la magnitud de los sismos ocurridos en el territorio nacional. Con esto las estaciones sísmicas de nuestra red, contribuyen en la localización de los sismos en la región por parte del SSN.

 

Responsable: Dr. Raúl Arámbula Mendoza (raul_arambula@ucol.mx)

 

Monitoreo deformación

 

El seguimiento de las deformaciones corticales asociadas a la actividad volcánica ha alcanzado un gran desarrollo en estos últimos años, impulsado por las recientes erupciones volcánicas a nivel mundial, actualmente son muchas las áreas volcánicas activas sobre las que se han emplazado redes geodésicas casi completas y que son observadas con regular periodicidad. Las técnicas o metodología aplicadas son muy variables y van desde las líneas de nivelación de alta precisión hasta las redes geodésicas más complejas. Otros métodos son los inclinómetros y extensómetros.


El monitoreo de la deformación volcánica es una técnica de vigilancia que se fundamenta en la detección de los cambios que presenta el edificio volcánico. Estas variaciones se asocian con un movimiento interno del magma en ascenso hacia la superficie. Actualmente las técnicas que se llevan a cabo para el monitoreo del Volcán de Colima son:

Inclinometría electrónica: técnica de medición realizada con inclinómetros electrónicos que registran los cambios en un plano de una componente tangencial y radial que permite determinar los basculamientos de una pequeña región del edificio volcánico (figura 8).


Distanciometría electrónica: técnica de medición que permite medir las distancias por medio de un distanciómetro electrónico (EDM) desde una posición de referencia fija hasta una serie de puntos (reflectores) localizados en el edificio volcánico (imagen 5 y figura 8).


Mediciones de GPS: campañas de medición que permite medir mediante un equipo de Sistema Posicionamiento Global (GPS) los cambios de una red geodésica.

 

Imagen 5. Distanciómetro electrónico (EDM) instalado en el Observatorio del Nevado de la Unidad Estatal de Protección Civil y Bomberos del Estado de Jalisco.

 

Responsable: Dr. Juan José Ramírez Ruiz (ramirez@ucol.mx)

Monitoreo Visual

 

Monitoreo visual

La transmisión de imágenes sobre la actividad del volcán es esencial ya que nos permitirá definir con precisión las características (dirección, altura, composición) de los eventos de tipo explosivo. Asimismo, nos permitirá delimitar la dirección de flujos de lava, flujos piroclásticos y lluvias de ceniza que con frecuencia se producen en el Volcán de Colima. Como consecuencia de la actividad eruptiva de 1998, el personal del CUEIV de la Universidad de Colima se dio a la tarea de implementar nuevos sistemas que pudieran ser utilizados para determinar con mayor precisión las condiciones de la actividad volcánica. De esta manera, se creó en noviembre de 1998 el área de monitoreo visual, en la cual se ha trabajado en la puesta en marcha de dispositivos de vigilancia que permitan visualizar la actividad del Volcán de Colima las 24 horas del día durante todo el año.

 

Inicialmente la operación de este sistema de vigilancia comenzó con la implantación de dos cámaras de video que fueron instaladas en sitios opuestos. La primera, que recibe el nombre de estación Naranjal, se situó 15 Km al sur del cráter del volcán, en las instalaciones del CUEIV de El Naranjal. A partir de ese momento se obtuvieron los primeros registros continuos de monitoreo visual. La otra estación, llamada Estación Nevado, se sitúa sobre el volcán Nevado de Colima, a 5.3 Km al norte de la cima del Volcán de Colima y a una altura de 3850 metros sobre el nivel del mar. Por su cercanía a la cima del Volcán de Colima, esta estación ha proporcionado datos muy valiosos sobre las condiciones imperantes y se han podido obtener imágenes del crecimiento de domos, flujos de lava, flujos piroclásticos, explosiones, lluvia de ceniza, caída de bombas volcánicas, incendios forestales y otros fenómenos aparejados a la actividad eruptiva.

 

Si bien es cierto que la visibilidad de estas cámaras depende siempre de las condiciones meteorológicas, en la actualidad se tienen instaladas 5 sitios con vista al volcán: Nevado, Naranjal, MAZE, San Marcos, Montitlan y Biblioteca (figuras 6 y 8) y 2 cámaras con vista a las barrancas La Lumbre y Montegrande para observar los lahares que bajan por el volcán. Las cámaras para el estudio de los lahares son mantenidas por el Centro de Geociencias de Juriquilla de la UNAM.

 

 

Responsable: Dr. Mauricio Bretón González (mauri@ucol.mx)

 

 

 

 

 

 

 
 

Figura 6. Cámaras del monitoreo visual del Volcán de Colima.

 

Cámaras en vivo

 
 
 
 
Ver imagenes en Vivo
Imagen satelital
Cámara El Naranjal
Cámara BC
 
 

Geoquímica

 

Monitoreo Geoquímico
Un sistema volcánico interacciona con el medio ambiente de varias maneras. La geoquímica estudia los procesos de los tres estados físicos: sólido, líquido y gaseoso. Para el monitoreo de un volcán activo se estudian los cambios en tiempo de los procesos. Los niveles base muestran las características del sistema volcánico y con repetidas mediciones se pueden identificar fluctuaciones y algunas veces pronosticar la actividad eruptiva.
Aguas
Los acuíferos que están abajo la superficie del edificio volcánico representan una manera conveniente para ver la influencia volcánica. Los fluidos profundos pueden migrar hacia la superficie por fallas y fracturas donde se mezclan con agua meteórica. Se pueden medir varios parámetros en las salidas de las aguas: los manantiales y si se presentan variaciones se puede interpretar como está cambiando el sistema volcánico. Cada mes se miden las aguas en el campo y se toma una muestra para el análisis en el laboratorio. En el campo la temperatura, Ph, Eh, conductancia y sólidos totales disueltos dan una idea de la geoquímica del agua (Figura 1). Si se investiga más a fondo con el análisis de los iones individuales se puede indicar el carácter de la interacción con los fluidos volcánicos.
El Volcán de Colima presenta un indicador potente en las aguas de sus tres manantiales que están ubicados en su flanco Suroeste. La presencia del elemento volátil boro se relaciona con la actividad volcánica. Antes que iniciara la erupción en 1998, el nivel de boro aumentó en los tres manantiales. En 1999, el nivel bajó de nuevo de manera indetectable; en 2001, aumentó dos meses antes de que empezara a crecer el nuevo domo de lava. Esta medición representa un precursor valioso de la actividad. Desde 2001, el nivel de boro ha presentado varias fluctuaciones relacionados con cambios en la influencia de los fluidos profundos (Figura 2).
Gases
Los gases volcánicos pueden manifestarse en diferentes rutas. La más obvia es la salida de fumarolas, pero también existe un componente que migra a través del edificio volcánico. La composición y la concentración de los gases presentan otra herramienta para el monitoreo del estado del volcán.
El Volcán de Colima tiene fumarolas activas en la zona de la cima. Cuando hay acceso se pueden tomar muestras directas de los gases para analizarse en el laboratorio (Figura 3). Es importante medir las relaciones entre las diferentes especies para entender el comportamiento, por ejemplo si hay un cuerpo de magma subiendo en el conducto volcánico o una inyección de magma fresca en la cámara magmática.
Con instrumentos remotos se puede medir con más seguridad. Podemos medir el flujo del bióxido de azufre en el terreno o una avioneta. Este flujo es muy importante porque refleja la desgasificación del magma y la capacidad de los gases a escapar por el conducto. Si éstos no pueden escapar fácilmente, existe la posibilidad de actividad explosiva. En la Figura 4 se pueden ver los cambios en el flujo de SO2 durante los últimos cuatro años.
La variación en el nivel del bióxido de carbón sobre el edificio volcánico proporciona información sobre su estructura. Las fallas presentan una ruta para que el gas pase con mayor facilidad a la superficie. Con un mapa de los gases se pueden ubicar diferentes estructuras. Las mediciones son relativamente fáciles y rápidas (Figura 5). Se pueden relacionar las fluctuaciones temporales con el ascenso de magma en el conducto.
Sólido
Cuando se presenta material nuevo en forma de domo o flujo de lava es importante analizar su composición. Haciendo comparaciones con las anteriores muestras, se puede interpretar el comportamiento del volcán. Por ejemplo, hay minerales que se forman a profundidades especiales y su presencia indica la profundidad del magma cuando estos se cristalizaron. El estudio de la geoquímica de las rocas es importante para saber el comportamiento a largo plazo.
Actividad explosiva

 

Desde marzo de 2003 el Volcán de Colima ha presentado actividad explosiva. Para crear un modelo de este tipo de actividad estamos utilizando varias técnicas para obtener datos diversos. Con un sensor de infrarrojo se mide la emisión térmica de la columna eruptiva que consiste en gases y partículas sólidos principalmente ceniza. Éstas se comparan con las señales sísmicas: las áreas presentan una idea de la energía del evento y por la información del tiempo se puede estimar su velocidad de ascenso. En mediciones con un espectrómetro de ultravioleta se puede medir el volumen de gas que emerge en una explosión.

Monitoreo Pluvial

 

 

  Gráficas Pluviométricas

 
 
La precipitación pluvial se viene monitoreando desde el año 2006 mediante dos estaciones pluviométricas colocadas sobre el edificio volcánico. La colocación de las estaciones se realizó aprovechando los sistemas de telemetría de los inclinómetros electrónicos PC02 y PCJ1  localizados al Sur y Este respectivamente en el edificio volcánico. (Fig. 1).
En el estado de Colima se tiene un precipitación media anual que oscila entre los 900 y 1200 milímetros de Agua. Como se puede apreciar en la Fig. 2, la zona de mayor precipitación en los 10 municipios del Estado es precisamente la región Norte, donde se instalaron las dos estaciones pluviométricas.
Fig. 2. Zonificación de la precipitación promedio anual en el Estado de colima.
 
Debido a la condición topográfica y morfológica del Estado de Colima, la precipitación en la región Norte del estado regula el régimen hidrológico de la entidad.
 
Elaboró: Juan José Ramírez.