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El 21 de octubre y el 26 de noviembre de 2022 el volcán Cotopaxi produjo dos caídas de ceniza, la primera restringida en la zona cercana al volcán y la segunda, mucho más amplia afectando incluso a la parte sur de Quito.

La ceniza de ambos eventos fue recolectada por personal del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IG-EPN) lo más pronto posible después de las caídas y se inició el proceso de preparación de las muestras para su análisis y posterior interpretación. Este es un procedimiento estandarizado en el que se siguen una serie de pasos para asegurar la calidad de los resultados. Aquí les presentamos cómo trabajamos con la ceniza volcánica.


¿Cómo se recolecta la ceniza volcánica?

Tenemos al menos dos posibilidades:

1.- Toma de muestras directamente sobre las superficies afectadas: Lo ideal es recoger la ceniza depositada sobre una superficie previamente limpia. Por ejemplo, sobre un techo limpio, sobre el capó o el parabrisas de un vehículo limpio, u otro. Es importante medir el área de recolección para calcular la carga (masa de ceniza por unidad de área, típicamente expresado en kg/m2 o g/m2). Si el depósito tiene más de 1 mm de espesor, también se puede medir este parámetro (Figura 1).

¿Cómo trabajamos con las muestras de ceniza volcánica?
Figura 1.- Fotos de los depósitos asociados a la caída de ceniza del 21/10/2022. A: Refugio del Cotopaxi (foto: Benjamin Bernard, IG-EPN); B: Carro cubierto de ceniza (foto: Cristian Rivera, ASEGUIM); C: panel solar de una estación del INAMHI (foto: Marco Solís/ IG-EPN).


2.- Toma de muestras en cenizómetros: El personal del IG-EPN ha diseñado recolectores especiales de ceniza llamados cenizómetros (Bernard, 2013). Se han instalado cenizómetros en zonas cercanas a volcanes activos y también en todo el territorio ecuatoriano gracias a la Red de Observadores Volcánicos del Ecuador (ROVE). Estos dispositivos ayudan a la medición (espesor, carga y densidad) y recolección de la caída de ceniza y también se utilizan en otros países como Perú, Colombia, Chile, Costa Rica, Nicaragua y Guatemala. Una vez que cae la ceniza, se mide el espesor (hasta 0,1 mm según el modelo) y se recoge el material. Luego se limpia el cenizómetro y queda listo para una siguiente caída. Estos cenizómetros tienen la gran ventaja de permitir el muestreo de la ceniza (aún en caso de eventos con muy poca ceniza emitida) y proteger la ceniza del viento o la lluvia, de tal manera que la muestra que se obtiene es prácticamente inalterada (Figura 2).

¿Cómo trabajamos con las muestras de ceniza volcánica?
Figura 2.- Fotos de cenizómetros instalados por personal del IG-EPN. A: Machachi, provincia de Pichincha (foto: B. Bernard, IG-EPN); B: Palmira, provincia de Chimborazo (foto: B. Bernard/ IG-EPN).


Independientemente del método de recolección, la muestra es sellada en una funda plástica y etiquetada para su posterior análisis. La información clave que debe tener la etiqueta es el nombre del lugar de muestreo con las coordenadas GPS (latitud, longitud y altitud), la fecha de recolección y el área de muestreo. Se puede añadir información sobre la humedad, la masa in situ, indicios de alteración o contaminación de la muestra, etc. (Figura 3).

¿Cómo trabajamos con las muestras de ceniza volcánica?
Figura 3.- Filtros de cenizómetros y muestras de ceniza colectados cerca del volcán Cotopaxi el 29/11/2022 (fotos: B. Bernard/ IG-EPN).



¿Cómo se analiza la ceniza volcánica?

Secado de las muestras: El primer paso del análisis de la ceniza es secar las muestras en una mufla (horno especial de laboratorio) a una temperatura de 40 a 60 °C por 24 a 48 horas dependiendo de su humedad (Figura 4).

¿Cómo trabajamos con las muestras de ceniza volcánica?
Figura 4.- Mufla de secado de muestras (foto: S. Hidalgo, IG-EPN).


Pesado de las muestras: En el segundo paso se pesa la ceniza seca con una balanza electrónica. Esto permite calcular con precisión la carga de ceniza seca en los diferentes sitios de muestreo y determinar si la caída de ceniza es muy leve (<10 g/m2), leve (10-100 g/m2), moderada (100-1000 g/m2), fuerte (1-10 kg/m2) o muy fuerte (>10 kg/m2). El nivel de impacto de la caída de ceniza sobre la agricultura, la ganadería y las infraestructuras depende en gran medida de la carga. Por ejemplo, una caída muy leve no provoca daños significativos en cultivos como la papa y el maíz, mientras que una caída muy fuerte puede provocar su destrucción total (Figura 5).

¿Cómo trabajamos con las muestras de ceniza volcánica?
Figura 5.- Pesado de la ceniza en balanza electrónica (foto: S. Hidalgo/ IG-EPN).


Tamizado de las muestras: Este ensayo utiliza tamices con aperturas de diferentes diámetros y tiene dos propósitos. En primer lugar, permite obtener la distribución de tamaño de las partículas desde 45 mm hasta 63 µm (0,063 mm). El IG-EPN completa el análisis granulométrico utilizando un analizador de partículas que mide con un láser el tamaño de las partículas entre 5 mm y 30 nm (0,00003 mm). Así se puede clasificar y determinar si la ceniza puede tener afectación a la salud, ya que cuanto más fina es la ceniza, más profundo ingresa en nuestro sistema respiratorio. En segundo lugar, el tamizado separa la ceniza por tamaño, lo cual es necesario para comprender los dinamismos eruptivos, en particular el grado de fragmentación del magma (Figura 6).

¿Cómo trabajamos con las muestras de ceniza volcánica?
Figura 6.- Distribución granulométrica de la muestra recolectada en el refugio del Cotopaxi el 22/10/2022 (tamizaje: Anaís Vásconez y Edwin Telenchana; difracción láser: Benjamin Bernard; síntesis y deconvolución: Benjamin Bernard; software deconvolución DECOLOG 6.0).


Clasificación de la ceniza: Se selecciona una o más fracciones de un tamaño representativo de la muestra de ceniza para observarlas con un microscopio binocular (Figura 7). Para facilitar el análisis primero se lava las fracciones deseadas en un baño de ultrasonido para que los granos estén perfectamente limpios. El análisis con el microscopio binocular permite identificar los componentes de la ceniza. La ceniza volcánica puede tener material juvenil (el cual representa directamente al magma que está generando la actividad volcánica), material accidental (que proviene típicamente del conducto volcánico y se ha acumulado durante erupciones pasadas), material híbrido (proveniente de la interacción del magma con el sistema hidrotermal del edificio volcánico), entre otros (Figura 8).

¿Cómo trabajamos con las muestras de ceniza volcánica?
Figura 7.- Microscopio binocular equipado con cámara para observación y clasificación componentes (foto: S. Hidalgo, IG-EPN).


¿Cómo trabajamos con las muestras de ceniza volcánica?
Figura 8.- Componentes de la ceniza recolectada en el refugio del Cotopaxi el 22/10/2022 visto en microscopio binocular (fotos: Benjamin Bernard, IG-EPN). A1: fragmento accidental gris; A2: fragmento accidental hidrotermal con pirita; A3: fragmento accidental rojizo oxidado; J1: fragmento juvenil oscuro; J2: fragmento juvenil gris; J3: fragmento juvenil miel.


Separación de la ceniza: Se escoge bajo el microscopio binocular los granos de material juvenil con el fin de identificar las características del magma que está produciendo la actividad volcánica. El material juvenil tiene un aspecto fresco (sin ningún tipo de alteración), brillo vítreo, es angular y generalmente presenta vesículas (estructuras redondeadas que se forman debido a la presencia de burbujas de gas en el magma; Figura 9).

¿Cómo trabajamos con las muestras de ceniza volcánica?
Figura 9.- Selección individual de los granos bajo microscopio binocular (foto: S. Hidalgo/ IG-EPN).


Análisis textural de la ceniza: Los granos seleccionados se pueden analizar en un microscopio electrónico de barrido (SEM=Scanning Electron Microscope) o, para mayor precisión, pueden ser pegados con una resina especial sobre un soporte que permitirá su análisis en un instrumento llamado microsonda electrónica (EMP= Electron microprobe). Como no existe este tipo de instrumento en el Ecuador, el IG-EPN envía los granos seleccionados al Laboratorio Magmas y Volcanes en Clermont-Ferrand, Francia, donde nuestros colegas y colaboradores preparan las muestras en los soportes, las pulen y las cubren con una capa de carbono para que se pueda realizar el análisis puntual por bombardeo de electrones a la muestra. Este instrumento permite tomar imágenes de altísima resolución de los granos de ceniza analizados y comprobar su carácter juvenil (Figura 10).

¿Cómo trabajamos con las muestras de ceniza volcánica?
Figura 10.- Imágenes con microscopio binocular (izquierda) e imágenes con microsonda electrónica (derecha) de granos de ceniza de la fracción 250-355 µm de diámetro. Se observa claramente las vesículas en los granos y el vidrio volcánico inalterado. La partícula gris es la más cristalina y masiva mientras que la partícula miel es la más vidriosa y vesiculada. Imágenes y análisis: Jean-Luc Devidal (LMV, Clermont Ferrand).


Análisis químicos de la ceniza: la microsonda electrónica permite además obtener la composición química del vidrio volcánico y de los minerales de la ceniza. Estos resultados se grafican en diferentes diagramas para clasificar al magma en función de su composición química, y para compararla con composiciones del mismo volcán u otros volcanes de similar comportamiento. Esto permite determinar la naturaleza del magma y aporta a la generación de los escenarios eruptivos (Figura 11).

¿Cómo trabajamos con las muestras de ceniza volcánica?
Figura 11.-Ejemplo de diagrama CaO (óxido de calcio) vs. SiO2 (sílice), en porcentaje en peso (wt. %). Se ha graficado los análisis de las cenizas del Cotopaxi del 2015 para comparación (Gaunt el al., 2016 e Hidalgo et al., 2018). Se observa que los granos del 2022 son más máficos (menor contenido de sílice) que los del 2015. Esto indica la participación de un magma juvenil más máfico como responsable de la actividad actual del Cotopaxi.


Condiciones pre-eruptivas del magma: Con las composiciones del vidrio de la matriz y de los minerales se puede aplicar geotermómetros y geobarómetros especializados (Putirka, 2008) que permiten calcular la temperatura y otros parámetros, a los cuales se encontraría el magma en el reservorio o cámara magmática. En este caso las temperaturas calculadas en base a estas composiciones están entre 850 y 1050 °C.

El IG-EPN seguirá recolectando la ceniza proveniente del Cotopaxi con el fin de entender de mejor manera el origen del magma responsable de la actividad volcánica actual y de generar escenarios eruptivos acordes con sus características.

Estos análisis de alta precisión son posibles gracias a la colaboración que el IG-EPN mantiene con el Instituto Francés de Investigación para el Desarrollo (IRD), el Laboratorio Magmas y Volcanes de Clermont-Ferrand y el Departamento de Geología de la EPN.

 

Referencias

  • Gaunt, H. E., Bernard, B., Hidalgo, S., Proaño, A., Wright, H., Mothes, P., et al. (2016). Juvenile magma recognition and eruptive dynamics inferred from the analysis of ash time series: The 2015 reawakening of Cotopaxi volcano. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 328, 134–146. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2016.10.013
  • Hidalgo, S., Battaglia, J., Arellano, S., Sierra, D., Bernard, B., Parra, R., et al. (2018). Evolution of the 2015 Cotopaxi eruption revealed by combined geo- chemical and seismic observations. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 19. https://doi.org/10.1029/ 2018GC007514
  • Putirka, K. D. (2008). Thermometers and barometers for volcanic systems. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 69(1), 61–120. https://doi. org/10.2138/rmg.2008.69.3

 

P. Samaniego, J.L. Devidal, F. Schiavi
Centre national de la recherche scientifique
Institut de Recherche pour le Développement
Laboratoire Magmas et Volcans
Université Clermont – Auvergne
Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand

D. Narváez
Departamento de Geología
Escuela Politécnica Nacional

S. Hidalgo, B. Bernard, A. Vasconez, E. Telenchana, M. Almeida, M. Córdova, M. Encalada, F.J. Vásconez, D. Sierra.
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional

El 09 de diciembre de 2022, personal del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IG-EPN) efectuó un sobrevuelo alrededor del volcán Cotopaxi con el objetivo de medir las temperaturas en la zona del cráter y además medir los gases emitidos por el volcán. Este sobrevuelo se realizó gracias al apoyo de las Fuerzas Armadas, la Presidencia, el Ministerio de Defensa, la Secretaría de Comunicación de la Presidencia y la Gobernación de Cotopaxi a través de la gestión del Servicio Nacional de Gestión de Riesgos y Emergencias (Foto 1).

Sobrevuelo de monitoreo efectuado el 09 de diciembre de 2022 al volcán Cotopaxi
Foto 1.- Personal del IGEPN y Fuerzas Armadas, Grupo Tucanes, que participó en el sobrevuelo al Volcán Cotopaxi (09 de diciembre de 2022, FFAA).


En el marco de este sobrevuelo se realizó la toma de imágenes térmicas usando una cámara infrarroja portátil, además de medidas de CO2, SO2 y H2S usando un equipo multiGAS y observaciones mediante cámaras visuales convencionales.

Durante el sobrevuelo el volcán permaneció cubierto por una nube lenticular sobre el cráter (Foto 2). Esto impidió realizar tomas directas del mismo. Sin embargo, se pudo apreciar la constante emisión de una columna de gas con bajo contenido de ceniza, que alcanzaba 500 metros sobre la cumbre (Foto 2). De igual manera, se pudo apreciar una capa de ceniza que cubría el flanco suroccidental del edificio volcánico.

Sobrevuelo de monitoreo efectuado el 09 de diciembre de 2022 al volcán Cotopaxi
Foto 2.- Izquierda: Nube lenticular cubriendo el cráter del Cotopaxi, vista desde el sureste (S. Hidalgo/IG-EPN). Derecha: Emisión de gases volcánicos emitida desde el cráter del volcán vista desde el suroccidente (R. Valdez). Nótese la nube lenticular y la ceniza depositada sobre el flanco suroccidental.


Las imágenes infrarrojas adquiridas durante el vuelo permitieron identificar con claridad el contraste de temperatura entre esta nube meteorológica (que está fría, y se la representa en color azul) y la emisión de los gases volcánicos provenientes del cráter del volcán (que está caliente, y se la representa en colores rojos, amarillos y verdes, Foto 3). La temperatura de estos gases disminuye progresivamente a medida que son trasladados por los vientos y se van alejando del cráter. La emisión de gases desde el cráter estuvo dirigida hacia el occidente. Finalmente, detrás de los gases volcánicos, se identifica la zona de fumarolas de la pared de Yanasacha (óvalo entrecortado, Foto 3).

Sobrevuelo de monitoreo efectuado el 09 de diciembre de 2022 al volcán Cotopaxi
Foto 3.- Imagen térmica mostrando el contraste de temperaturas entre la emisión de gases volcánicos y las nubes meteóricas (09 de diciembre de 2022, M.F. Naranjo/IG-EPN. Imagen visual - R. Valdez).


Adicionalmente, el equipo multiGAS permitió medir con precisión las concentraciones de SO2 y H2S en la pluma de gas volcánico. Las razones SO2/H2S están alrededor de 20, observándose un incremento desde el inicio de la actividad volcánica que se dio a finales de octubre de este año. Estos valores indican un origen magmático para el gas emitido por el volcán Cotopaxi.


S. Hidalgo, M. Naranjo, E. Telenchana, M. Almeida, A. Vásconez, G. Pino
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional

Un grupo de técnicos de las áreas de Instrumentación y Vulcanología del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IG-EPN) realizaron trabajos en el flanco oeste del volcán Cotopaxi, el viernes 02 de diciembre de 2022. El objetivo principal fue realizar la incorporación de un instrumento permanente de medición de gases MultiGAS a la estación multiparamétrica NASA, ubicada unos 5 km al Oeste del cráter.

Instalación de un instrumento MultiGAS permanente en el volcán Cotopaxi
Figura 1.- Instalación del instrumento MultiGAS permanente donado por el USGS-VDAP en la estación NASA, ubicada a 5km al oeste del cráter del volcán Cotopaxi (Foto: S Hidalgo, D. Sierra / IG-EPN).


El Instumento MultiGAS (Aiuppa et al., 2004; Shinohara, 2005), es un instrumento que permite la medición de las especies gaseosas mayoritarias emitidas por los volcanes, siendo éstas: Agua (H2O), Dióxido de Carbono (CO2), Dióxido de Azufre (SO2) y Ácido Sulfhídrico (H2S). El instrumento detecta las concentraciones de dichos gases y permite determinar las relaciones entre ellas, asumiendo que el gas emitido es una muestra homogénea. La estación MultiGAS fija fue donada por el Volcano Disaster Assistance Program (VDAP) del Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS). El IG-EPN trabaja de la mano con el USGS-VDAP para el intercambio de conocimientos, experiencias y para el fortalecimiento de las redes de monitoreo en los volcanes de Ecuador.

Instalación de un instrumento MultiGAS permanente en el volcán Cotopaxi
Figura 2.- Inslalación del instrumento MultGAS en la estación NASA, gracias a la colaboración del VDAP y de la USGS (Fotos: D. Sierra / IG-EPN).


La medición de las relaciones entre especies gaseosas mayoritarias fue realizada en el volcán Cotopaxi durante su proceso eruptivo en 2015, y se ha retomado desde mediados de octubre de 2022 cuando el volcán volvió a presentar emisiones de gases y ceniza. Dichas mediciones se han realizado mediante sobrevuelos facilitados por la FAE (mediante el Escuadrón de Transporte Liviano Nro. 1113 “Tucanes”, gracias a la gestión del SNGRE) y misiones de ascenso al cráter. Sin embargo, debido a la actividad cada vez más continua que ha ido aumentando de manera progresiva en el volcán, se decidió la instalación de un instrumento fijo que esperamos provea mediciones complementarias con mayor frecuencia para mejorar la interpretación del comportamiento del volcán Cotopaxi.

El Cotopaxi es el volcán mejor vigilado del país y uno de los mejor vigilados del mundo, cuenta con más de 60 instrumentos en funcionamiento incluyendo: estaciones sísmicas, GPS continuo, inclinómetros, cámaras de rango visual, cámaras infrarrojas, detectores de SO2 y detectores de lahares. Al momento de la emisión de este reporte, la actividad del volcán Cotopaxi es: Interna Moderada con tendencia Ascendente, y Superficial Moderada con tendencia Ascendente.


D. Sierra, S. Hidalgo, M. Almeida, J. Mejia, S. Arrais, G. Pino
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional

La MSc. Patricia Mothes, actual Jefa del Área de Vulcanología del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IG-EPN), recibió el premio “Gran Collar Barón de Carondelet”, una distinción que se otorga a aquellas personalidades extranjeras que han contribuido al desarrollo y progreso de la ciudad de Quito (Figura 1).

Patricia Mothes recibe el premio 'Gran Collar Barón de Carondelet' del Municipio de Quito
Figura 1.- Patricia Mothes recibe el premio “Gran Collar Barón de Carondelet” por sus contribuciones al desarrollo de la ciudad de San Francisco de Quito, a través de la Vulcanología y las Ciencias de la Tierra.


El pasado 06 de diciembre de 2022, durante la sesión solemne de los 488 años de la Fundación de la ciudad de San Francisco de Quito se le confirió esta distinción a la MSc. Patricia Ann Mothes. La condecoración otorgada por el Municipio del Distrito Metropolitano de Quito consiste en una Medalla Dorada con el Escudo de Armas de Quito y un Diploma de Honor. El premio es un reconocimiento a su aporte al conocimiento científico y al monitoreo de la actividad volcánica en Ecuador.

Patricia Ann Mothes nació en West Virginia, Estados Unidos, en 1957 y se formó como Geógrafa, para obtener posteriormente su maestría en la Universidad de Austin-Texas, tras lo cual dedicaría su vida a la Vulcanología (Figura 2). Patricia Mothes vino a Ecuador en 1986 y se enamoró de su cultura, de sus paisajes, sus tradiciones y sobre todo de sus volcanes, mudándose a vivir permanentemente en Ecuador para trabajar en la Escuela Politécnica Nacional como investigadora y docente.
Está casada con el Dr. Minard Hall (quien es el cofundador del IG-EPN), junto a quien realiza investigación geológica en sus tiempos libres a pesar de estar retirado. Patricia Mothes es un claro ejemplo de dedicación y amor a la ciencia. Durante su carrera ha escrito más de 150 artículos científicos, más de 10 capítulos de libros y ha presentado más de 80 posters y ponencias en eventos nacionales e internacionales. Adicionalmente, ha encabezado múltiples proyectos de vinculación e investigación.

Patricia Mothes recibe el premio 'Gran Collar Barón de Carondelet' del Municipio de Quito
Figura 2.- (Izq.) Ilustración de la MSc. Patricia Mothes realizando tareas de capacitación a la población (Ilustración: La Incre). (Der.) La MSc. Patricia Mothes junto a miembros del SNGRE y del IG-EPN durante el proceso de validación de Mapas de Amenaza del Volcán Cotopaxi en 2015 (Foto: G. Pino).


Patricia Mothes o “Patty”, como cariñosamente se la conoce, es además un personaje muy mediático, pues ha aparecido incontables veces en entrevistas y programas de radio y televisión. Es muy querida por las comunidades aledañas al volcán Tungurahua, con quienes trabajó codo a codo por casi dos décadas, tiempo que duró el período eruptivo de dicho volcán.

En 2017, tomando como inspiración su imagen y su característica indumentaria, se hizo el lanzamiento oficial del personaje institucional del IG-EPN: “Patty la Vulcanóloga”. Según su creador, el Ing. Daniel Sierra, la inclusión de un personaje caricaturesco en el material de difusión permite la transmisión del conocimiento de un modo más amigable y digerible para el público. “Patty la Vulcanóloga” es hoy la protagonista de trípticos, folletos, infografías y diferentes materiales digitales e impresos, pensados especialmente para que los más jóvenes puedan entender los fenómenos sísmicos y volcánicos de forma simple (Figura 3).

Patricia Mothes recibe el premio 'Gran Collar Barón de Carondelet' del Municipio de Quito
Figura 3.- Patty la Vulcanóloga, personaje institucional del IG-EPN.


D. Sierra, S. Vallejo, P. Mothes, G. Pino
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional

Actualización de la actividad interna y superficial del volcán Cotopaxi

Resumen

Se establece que actualmente el Cotopaxi ha iniciado un nuevo proceso eruptivo de baja intensidad, que por ahora presenta un nivel incluso menor a lo ocurrido entre agosto y diciembre de 2015. Las tendencias observadas en los parámetros de monitoreo indican que un cuerpo de magma relativamente desgasificado podría localizarse en zonas poco profundas debajo de la cumbre del Cotopaxi y que por el momento no hay evidencias claras de una recarga de un magma profundo. Adicionalmente, indican que el Cotopaxi actualmente funciona como un sistema abierto desde esas profundidades, en el cual las emisiones de ceniza pequeñas pueden iniciarse de forma repentina y sin señales premonitoras. Es importante recalcar que por ahora solamente se observa un claro incremento de los parámetros de monitoreo asociados a la emisión de gases volcánicos y nubes de ceniza.


Antecedentes

Los días 21 de octubre, y 24 y 26 de noviembre del 2022 se registraron emisiones de ceniza en el volcán Cotopaxi, todas acompañadas por una señal de tremor sísmico, como fue descrito en los Informes Volcánicos Especiales No 001, 002 y 003 (IGEPN, 2022a, 2022b, 2022c). Mientras que la caída de ceniza asociada a los dos primeros eventos se restringió a las inmediaciones del volcán, las condiciones climáticas, en particular la dirección y velocidad de los vientos, permitieron a la ceniza emitida el 26 de noviembre alcanzar los cantones Mejía y Quito (Provincia de Pichincha), a más de 80 km de distancia al volcán.

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-004
Figura 1.- Cotopaxi Cámara de monitoreo la Merced (26/11/2022). Se observa una emisión de gases y cenizas en dirección NNE.


Anexo técnico-científico

La observación y análisis de los parámetros de monitoreo, desde el mes de octubre hasta el momento de la publicación de este informe, indican las siguientes observaciones para los diferentes parámetros de monitoreo.


Análisis de Sismicidad

Las emisiones de ceniza observadas durante este periodo no han estado precedidas por incrementos en el número o tamaño de los eventos sísmicos. Solamente el tremor sísmico que las acompaña inicia y finaliza de forma abrupta (Figura 2).

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-004
Figura 2.- RSAM de las estaciones del Volcán Cotopaxi en las frecuencias 2-8Hz. Correspondientes a la emisión de ceniza registrada en la madrugada del domingo 26 de noviembre de 2022.


Deformación

Los inclinómetros y la red de estaciones GPS del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional registran una muy leve deformación del suelo con un patrón radial, indicando un movimiento de aproximadamente 2 mm desde el mes de agosto en la componente Norte (ver figura 3). Debido a que estos valores son cercanos al nivel de ruido de fondo, aún no es posible hacer interpretaciones respecto a este parámetro.

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-004
Figura 3.- Desplazamiento en mm (10-3 m) entre las estaciones cGPS VC1G y MORU, la serie de tiempo incluye los datos desde 2011 hasta el presente, la anomalía causada por el periodo eruptivo del Cotopaxi en 2015 es claramente visible. Así mismo, la imagen inferior muestra un zoom a los datos desde enero 2021, se puede ver un cambio en la tendencia desde más o menos agosto de 2022 que se podría interpretar como una tendencia de desplazamiento al norte (Imágen: M. Yépez / IGEPN).


Columnas de emisión de gases

Las emisiones de vapor de agua y gases observadas en el volcán Cotopaxi han incrementado su altura en las últimas semanas, alcanzando alturas de hasta 2.8 km sobre la cumbre el día 27 de noviembre de 2022, en clara relación con el aumento en las medidas de gases (Figura 4).

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-004
Figura 4.- Línea de tiempo de las emisiones de gas y ceniza en el volcán Cotopaxi Observadas desde la cámara de monitoreo Sincholagua, desde Octubre de 2022 hasta el 30 de noviembre de 2022 (Imagen: J.F. Vásconez).


Desgasificación

Las estaciones DOAS (Figura 5) y el sensor satelital TROPOMI (Figura 6) registran un incremento marcado en la emisión del gas magmático dióxido de azufre (SO2) en el volcán Cotopaxi. Mediante varios sobrevuelos en las últimas semanas los técnicos del IG-EPN también pudieron medir las razones entre los gases CO2, SO2 y H2S para constatar que los gases emitidos por el volcán Cotopaxi provienen de un magma relativamente desgasificado y poco profundo (3-4 km bajo la cumbre).

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-004
Figura 5.- La imagen superior muestra la sumatoria del número de medidas válidas registradas por la red de instrumentos DOAS desplegada en el Volcán Cotopaxi. Se observa una clara tendencia creciente desde mediados de octubre de 2022. La imagen inferior muestra en la misma escala el conteo de sismos de largo período (LP) por día para la estación de referencia BREF (Imagen: M. Almeida, V. Lema/ IG-EPN).


Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-004
Figura 6.- El primer gráfico muestra la línea de tiempo de las emisiones de SO2 detectadas por TROPOMI desde el 15/19/2022 hasta el presente, (fuente Mounts PBL 1km; Imagen J.F Vásconez/ IGEPN). El segundo gráfico muestra una imagen TROPOMI para el 26 de noviembre de 2022, la masa total de SO2 es de 3293.8 ton.


Se realizó medición de razones gaseosas con un equipo Multigas (Aiuppa et al., 2004; Shinohara, 2005). A través de sobrevuelos (Figura 7) y ascensos a la cumbre del Volcán Cotopaxi se ha podido realizar mediciones de las especies gaseosas mayoritarias emitidas utilizando el equipo MultiGAS (Agua: H2O, Dióxido de carbono: CO2, Dióxido de azufre: SO2 y Ácido sulfhídrico: H2S). Durante el último sobrevuelo del 28/11/2022 se realizaron 3 cortes a la pluma de gas, un ejemplo de uno de ellos se puede ver en el recuadro de la Figura 7. Las razones CO2/SO2 se mantienen estables, sin embargo, la razón SO2/H2S ha mostrado un incremento desde su primera medición el 27 de octubre hasta la medición realizada durante este sobrevuelo triplicándose su valor. Estas razones continúan mostrando un origen magmático en la proveniencia de los gases.

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-004
Figura 7.-Derecha, vista del flanco suroriental del volcán desde los 6500 m snm. En el recuadro se puede observar el pico generado por los gases presentes en la pluma durante la transecta. Izquierda, personal del IG-EPN dentro del avión Twin Otter, realizando actividades de medición de gases y termografía (Fotos: M. Almeida, D. Sierra /IG-EPN).


Vigilancia Térmica
Durante el mes de noviembre, las imágenes térmicas obtenidas a través de sobrevuelos, con drones y con una cámara de banda infrarroja fija en Rumiñahui no muestran cambios significativos en las temperaturas medidas en el volcán, en lo que va del mes de noviembre el sistema de registro de anomalías termales FIRMS ha contabilizado 3 anomalías termales en el cráter del volcán Cotopaxi: una el día 1 de noviembre, dos el 28 y dos el 29 de noviembre. Ver figura 8.

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-004
Figura 8.- Fotografía del cráter del volcán e imagen térmica correspondiente tomada desde el suroccidente. Las imágenes fueron adquiridas durante el sobrevuelo de monitoreo realizado en el avión Twin Otter de la FAE la mañana del día 28 de noviembre de 2022. La imagen térmica muestra en colores amarillo- naranjado las zonas más calientes con temperaturas que no superan los 40 °C (Imágenes: M. Almeida, S. Vallejo/ IGEPN).


Nubes y caídas de cenizas
El Centro de Avisos de Cenizas Volcánicas de Washington (W-VAAC por sus siglas en inglés) reportó una difusa nube de ceniza visible en el satélite GOES-16 dirigida hacia el norte (Figura 9) a las 05h00 TL el 26 de noviembre (10h00 UTC) con una altura estimada entre 0.8 km sobre el nivel de la cumbre del Cotopaxi (6.7 km sobre el nivel del mar).

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-004
Figura 9.- Aviso de nube de ceniza de las 10h00 UTC del 26/11/2022 (fuente: W-VAAC).


Adicionalmente, un estudio detallado de la caída de ceniza del 26 de noviembre indica una dispersión hacia el nor-noroccidente (Figura 10) con una carga máxima en el Parque Nacional Cotopaxi (172 g/m2) equivalente a una caída moderada. El SNGRE reportó una caída leve en los cantones Quito y Mejía de la provincia de Pichincha. La masa total del depósito estimado con el mapa de isomasas y fórmulas empíricas (Bonadonna and Costa, 2013; Bonadonna and Houghton, 2005; Fierstein and Nathenson, 1992; Legros, 2000; Pyle, 1989) es de 7-20 × 106 kg.

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-004
Figura 10.- Mapa de caída ceniza del volcán Cotopaxi, 26 de noviembre de 2022. 1: Isomasa de 10 g/m2 sin tomar en cuenta la muestra de Uyumbicho; 2: isomasa de 10 g/m2 considerando la muestra de Uyumbicho (40,6 g/m2). Los valores obtenidos en las zonas de Lasso han sido descartados debido a procesos de contaminación (vegetación, insectos y polvo de la carretera).


Adicionalmente, el análisis de la distribución granulométrica realizado con tamizaje manual (entre 1000 y 63 µm) y difracción láser (entre 5000 y 0.03 µm) en la muestra de Uyumbicho muestra que la ceniza es extremadamente fina (tamaño medio 0.053 mm) y bimodal (modo grueso a 136 µm y modo fino a 15 µm; Figura 11). Las cantidades de ceniza inhalable (PM100 = <100 µm, pueden ingresar al sistema respiratorio), torácica (PM10 = <10 µm; puede ingresar a los pulmones) y respirable (PM4 = <4 µm; puede ingresar en los alvéolos), indican que la ceniza tiene un potencial patológico moderado.

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-004
Figura 11.- Distribución granulométrica de la muestra recolectada en Uyumbicho el 26/11/2022 (tamizaje: Anaís Vásconez y Edwin Telenchana; difracción láser: Benjamin Bernard; síntesis y deconvolución: Benjamin Bernard; software deconvolución DECOLOG 6.0).


Escenarios Eruptivos para el Volcán Cotopaxi
(Actualización 28/11/2022)

En base a lo presentado anteriormente, se proponen tres escenarios eruptivos para el corto plazo (días a semanas). Los escenarios 1 y 2 tienen mayor probabilidad de ocurrir, mientras el escenario número tres es mucho menos probable. Los escenarios han sido elaborados en base a la información que se dispone al momento de la publicación de este informe. Estos escenarios pueden ir evolucionando dependiendo de lo que se observa en los parámetros de monitoreo.

  1. Las emisiones de ceniza observadas a partir del 21 de octubre de 2022 corresponden a eventos similares a otros ocurridos durante estos últimos 7 años, por ejemplo, el del 27 de noviembre de 2021. Sin embargo, su frecuencia y magnitud ha aumentado sensiblemente, en relación directa al aumento de las emisiones de gases volcánicos. Lo más probable es que este tipo de eventos se repita e intensifique en el corto plazo (días a semanas), sin mostrar signos precursores, pero sin llegar a los niveles de 2015. En este escenario se esperaría que esta actividad llegue a un pico en el corto plazo y luego empiece a descender, debido a que hoy en día no hay evidencias de nuevas inyecciones de magma en zonas profundas. En este escenario es muy posible observar nuevas emisiones de ceniza pequeñas acompañadas de señales sísmicas de tremor similares a las ocurridas el 21 de octubre, 24 y 26 de noviembre. Dependiendo de la dirección y la velocidad de los vientos estas emisiones de ceniza podrían causar afectación leve en áreas cercanas al volcán.
  2. Las emisiones de ceniza se intensifican hasta llegar a niveles similares a los observados a finales del año 2015. Este escenario se considera menos probable y en el mismo se esperaría observar una tendencia claramente ascendente en los parámetros de monitoreo (especialmente en la deformación y la actividad sísmica) y que los mismos se aceleran en el corto plazo. Hoy en día hay pocas evidencias de que esto esté sucediendo en el Cotopaxi. Dependiendo de las condiciones de velocidad y dirección del viento, estas emisiones de ceniza causarían una mayor afectación en los centros poblados, particularmente en las provincias de Cotopaxi, Pichincha y Napo. Además, debido a las lluvias en el sector, pueden generarse lahares secundarios que afectarían las inmediaciones del Parque Nacional Cotopaxi como lo observado en la erupción de 2015. Afectando principalmente la vía al refugio en el sector de la quebrada Agualongo.
  3. Las emisiones de gases volcánicos y ceniza aumentan de forma acelerada en el corto plazo, así como otros parámetros de monitoreo (deformación y actividad sísmica), con evidencias claras de inyecciones profundas o de transporte acelerado de magma hacia la superficie, lo que en conjunto representaría los precursores de una fase eruptiva mucho mayor a la observada en 2015. Por ahora este escenario se considera como muy poco probable, por la falta de evidencias de aumento acelerado de los parámetros de monitoreo y de actividad superficial. Las explosiones y emisiones de ceniza en este escenario serían mucho más grandes que las observadas en 2015 y tendrían una afectación regional, es decir, puede haber caída de ceniza en las provincias de Cotopaxi, Pichincha, Napo, Los Ríos, Manabí y otras, dependiendo de la velocidad y dirección del viento. Además, la caída fuerte de ceniza puede interrumpir la circulación vehicular entre las provincias de Pichincha y Cotopaxi, contaminar fuentes de agua potable y de riego, y afectar la distribución eléctrica. Adicionalmente, se pueden formar flujos piroclásticos de diferentes tamaños que derritan parte del glaciar y desencadenan lahares primarios en los principales drenajes del volcán, tal como se muestra en los mapas de peligros zona N, S y E (Mothes et al., 2016b, 2016a; Vásconez et al., 2015).

 

Referencias
Aiuppa, A., Burton, M., Murè, F., Inguaggiato, S., 2004. Intercomparison of volcanic gas monitoring methodologies performed on Vulcano Island, Italy. Geophysical Research Letters 31.
Bonadonna, C., Costa, A., 2013. Plume height, volume, and classification of explosive volcanic eruptions based on the Weibull function. Bulletin of Volcanology 75, 1–19.
Bonadonna, C., Houghton, B.F., 2005. Total grain-size distribution and volume of tephra-fall deposits. Bulletin of Volcanology 67, 441–456.
Fierstein, J., Nathenson, M., 1992. Another look at the calculation of fallout tephra volumes. Bulletin of volcanology 54, 156–167.
IGEPN, 2022a. Informe Volcánico Especial –Cotopaxi–2022-N° 001. Quito-Ecuador.
IGEPN, 2022b. Informe Volcánico Especial –Cotopaxi–2022-N° 002. Quito-Ecuador.
IGEPN, 2022c. Informe Volcánico Especial –Cotopaxi–2022-N° 003. Quito-Ecuador.
Legros, F., 2000. Minimum volume of a tephra fallout deposit estimated from a single isopach. Journal of Volcanology and Geothermal Research 96, 25–32.
Mothes, P., Espin, P., Hall, M.L., Vásconez, F., Sierra, D., Córdova, M., Santamaría, S., Marrero, J., Cuesta, R., 2016a. Actualización Mapa de Amenazas del Volcán Cotopaxi, Zona Sur.
Mothes, P., Espin, P., Hall, M.L., Vásconez, F., Sierra, D., Marrero, J., Cuesta, R., 2016b. Actualización Mapa de Amenazas del Volcán Cotopaxi, Zona Norte.
Pyle, D.M., 1989. The thickness, volume and grainsize of tephra fall deposits. Bulletin of Volcanology 51, 1–15.
Shinohara, H., 2005. A new technique to estimate volcanic gas composition: plume measurements with a portable multi-sensor system. Journal of Volcanology and Geothermal Research 143, 319–333.
Vásconez, F., Sierra, D., Andrade, D., Almeida, M., Marrero, J., Hurtado, J., Mothes, P., Bernard, B., Encalada, M., 2015. Mapa Preliminar de Amenazas Potenciales del Volcán Cotopaxi- Zona Oriental.

 

A. Vásconez, D. Andrade, D. Sierra, M. Almeida, M. Yépez., S. Hidalgo, B. Bernard, P. Mothes, S. Vaca, M. Ruiz, G. Pino
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional