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).

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).

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).

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).

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).

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).

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).

Figura 7.- Microscopio binocular equipado con cámara para observación y clasificación componentes (foto: S. Hidalgo, IG-EPN).

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).

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).

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).

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 Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional destina buena parte de sus recursos a la creación e impresión de material de difusión sobre fenomenología volcánica, además ha incursionado en el uso de medios virtuales y redes sociales para acercarse a la comunidad. Estableciendo una vía de comunicación directa que le permite, no solo compartir contenidos en tiempo real, sino también recibir la retroalimentación e inquietudes del público.

Los técnicos del IG están conscientes de que la temática volcánica puede resultar un tanto compleja en especial para el público más joven. Es por esto que se ha puesto en marcha la iniciativa “Conocimiento volcánico al alcance de todos”, la cual pretende diversificar el material de difusión de manera que sea más inclusivo, permitiendo llegar a más personas.

El día 08 de noviembre de 2017 en el marco del evento "Quince años de la erupción del volcán El Reventador: memorias y lecciones aprendidas" llevado a cabo en las instalaciones de la EPN, se hizo el lanzamiento del nuevo Personaje Institucional del IG-EPN.

Patty es la caricatura de una vulcanóloga, basada en la imagen de la Msc. Patricia Mothes, ex jefa del área de vulcanología del Instituto Geofísico. Según su creador, el Ing. Sierra, su imagen fue escogida puesto que ella ha tenido una participación muy activa en los medios de comunicación por lo cual es muy querida y conocida por el público.

Junto con el lanzamiento del personaje se hizo la presentación del primer material del IG especialmente diseñado para el público joven. El tríptico “¿Qué es un volcán?, aprendiendo con ejemplos simples” ya está disponible en su versión impresa y puede también ser descargado en versión digital en dos idiomas:

• Español:
  http://www.igepn.edu.ec/publicaciones-para-la-comunidad/19365-que-es-un-volcan-triptico-para-ninos
• Inglés:
  http://www.igepn.edu.ec/publicaciones-para-la-comunidad/comunidad-eng/19366-what-is-a-volcano-kids-triptych

Estos son los primeros productos de un proyecto que pretende comunicar la información de una manera más visual y llamativa que permita que los conceptos perduren en la mente de las personas, ayudando a crear una sociedad más educada y resiliente.

DS/SS
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional

Antecedentes

La noche del 21 de octubre de 2022 se registró una señal de tremor de baja frecuencia asociada a una emisión de gases y ceniza que produjo una ligera caída de material volcánico en el flanco norte del volcán Cotopaxi, incluyendo el Refugio José Rivas.

Desde entonces, las emisiones de vapor y gases han sido casi continuas y visibles claramente, con columnas que han alcanzado hasta 2 km sobre el nivel del cráter.

Los parámetros vigilados por el IG-EPN muestran una actividad ligeramente superior al nivel referencial establecido desde el fin del período eruptivo del Cotopaxi en noviembre 2015. Las observaciones de los parámetros de monitoreo hasta el día 22 de noviembre de 2022 han sido recopiladas en el Informe Volcánico Especial – Cotopaxi– 2022- N° 002. En este informe se concluyó que “el análisis conjunto de los diferentes datos de vigilancia muestra que la actividad actual del Cotopaxi está provocada por la presencia de magma en el conducto volcánico”.

Desarrollo

El día viernes 25 de noviembre de 2022, desde las 18h48 TL, las estaciones sísmicas del volcán Cotopaxi registraron una señal de tremor asociado a una emisión de gases, con dirección NNW, la cual fue visible a través de imágenes satelitales GOES-16. El IG-EPN reportó esta actividad a través del IG al instante VOLCÁN COTOPAXI No. 2022-010.

Figura 1.- RSAM de las estaciones del Volcán Cotopaxi en las frecuencias 2-8Hz. Correspondientes a la emisión de ceniza registrada en la madrugada del sábado 26 de noviembre de 2022. El RSAM es una medida de la amplitud de la señal sísmica.

Más tarde en la madrugada del día de hoy, 26 de noviembre, desde aproximadamente las 03h10 TL se registró un nuevo episodio de tremor asociado a la emisión de gases y ceniza. Si bien en un principio la nube de ceniza no se extendía muy lejos de las inmediaciones del volcán, posteriormente la emisión fue mucho más duradera que los pulsos anteriores, extendiéndose por varias horas (Figura 1). Favorecida por los vientos dirigidos hacia el NNW, la ceniza viajó más de 85 km desde la fuente (Figura 2 y 3) por lo que se tuvieron reportes de caída de ceniza en los sectores de: El Pedregal, Tambillo, Guamaní, Amaguaña, Chillogallo, Quitumbe, Solanda, Lloa, Conocoto, Mercado Mayorista, Villaflora y Rumipamba.

Figura 2.- Emisión de ceniza del Volcán Cotopaxi en Dirección NNW. Cámara de la Merced 05h53TL.

Figura 3.- Imagen Satelital GOES-16 mostrando la dirección de la pluma de ceniza al NNW, se puede ver como se ha desplazado sobre la ciudad de Quito, así cubriendo una distancia de 85 km.

Al momento de emisión de este informe la actividad superficial del volcán Cotopaxi ha disminuido, pero continúa, sin embargo, la actividad sísmica interna, marcada por el tremor sísmico de tamaño moderado, se mantuvo hasta las 10:50 TL, para descender a niveles de base. Debemos recalcar que esta actividad se enmarca dentro de los escenarios eruptivos emitidos en el informe previamente emitido y es catalogada como: Interna Moderada Tendencia Ascendente y Superficial Moderada Tendencia Ascendente.

El IG-EPN se mantiene vigilando el evento eruptivo leve e informará oportunamente en caso de detectar cambios en la actividad volcánica. Se recomienda tomar las medidas pertinentes y recibir la información de fuentes oficiales.

Recomendaciones en caso de caídas de ceniza

La ceniza puede resultar peligrosa para la salud. Puede irritar la piel y sobre todo causar problemas oculares y respiratorios. Los niños, personas con problemas respiratorios y ancianos son especialmente vulnerables.

Lo más importante en caso de caídas de ceniza es no salir al exterior a menos que sea estrictamente necesario, debemos permanecer en casa y cerrar bien puertas y ventanas. Si vamos a salir es necesario usar pantalón largo, guantes, calzado cerrado, ropa de manga larga y gorra o sombrero pues la ceniza puede causar irritación en la piel y el cuero cabelludo. Es fundamental proteger nuestras vías respiratorias con una mascarilla o en su defecto un pañuelo húmedo. Es también de vital importancia utilizar protectores oculares que tengan un buen selle hermético, se sugiere gafas de seguridad industrial o lentes para natación.

D. Sierra, D. Pacheco, P. Samaniego, P. Mothes, M. Ruiz, S. Hidalgo
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional

Gracias a las autorizaciones del Ministerio de Ambiente, Agua y Transición Ecológica (MAATE) y de la Dirección General de Aviación Civil (DGAC), y al apoyo del Parque Nacional Cotopaxi, personal del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IG-EPN) realizó vigilancia volcánica con drones (Fig. 1) en el Cotopaxi en los días 08, 18, 22 y 24 de noviembre de 2022.

Figura 1.- Cráter del volcán Cotopaxi con emisión de gases, 18 de noviembre de 2022 (foto: B. Bernard – IGEPN).

En estas ocasiones se utilizaron dos drones (DJI Mavic 3 y DJI Matrice 210 con cámara dual Zenmuse XT2) para la toma de fotos y videos en rango visual e infrarrojo (Fig. 2). Las condiciones meteorológicas del 08 de noviembre, en particular los fuertes vientos y la abundante nubosidad, limitaron el número de vuelos y de imágenes adquiridas. Las condiciones meteorológicas más favorables de los días 18, 22 y 24 de noviembre permitieron realizar más vuelos y adquirir más imágenes visuales y térmicas. Los drones despegaron desde el parqueadero de refugio José Ribas y alcanzaron el cráter del volcán Cotopaxi.

Figura 2.- Drone DJI Matrice 210 con cámara Zenmuse XT2 para la toma de imágenes visuales e infrarrojas (foto: A. Vásconez – IGEPN).

Entre el vuelo del 08 de noviembre y los vuelos del 18 y 22 de noviembre se notó una mayor presencia de nieve en el volcán, la cual cubrió el depósito de ceniza asociado al pulso de actividad del 21 de octubre 2022 (Informe Volcánico Especial – Cotopaxi – 2022 – N°001). También se observó una mayor emisión de gases en los días 18 y 22 de noviembre comparado con el 08 de noviembre (Fig. 3).

Figura 3.- Cumbre del volcán Cotopaxi con ceniza (08/11/2022) y nieve (22/11/2022) (fotos: B. Bernard – IGEPN).

El 24 de noviembre se pudo comprobar la presencia de ceniza en los flancos oriental y nororiental del Cotopaxi, la cual está asociada a los pulsos de tremor de emisión ocurridos en la tarde del 23 de noviembre (IGalinstante Volcán Cotopaxi – 2022 – N°008). Adicionalmente el 24 de noviembre se logró realizar una ortofotografía y un modelo digital de terreno de la zona de la cumbre para futuras referencias (Video).

Entre el 18 y el 22 de noviembre no se detectaron cambios significativos en la temperatura de la zona de Yanasacha, la cual mantiene una temperatura máxima aparente entre 10 y 20 °C (Fig. 4). El 24 de noviembre se constataron temperaturas normales en los diferentes campos fumarólicos (oriental, occidental, cráter).

Figura 4.- Temperaturas máximas aparentes medidas en la zona de Yanasacha (imágenes: B. Bernard – IGEPN).

AGRADECIMIENTO: El Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional extiende un profundo agradecimiento al Ministerio del Ambiente, Agua y Transición Ecológica y a la Dirección General de Aviación Civil para autorizar el vuelo de drones en la zona del volcán Cotopaxi. Adicionalmente, agradecemos al Parque Nacional Cotopaxi y a sus guardaparques que apoyaron al personal del IG-EPN para realizar esta tarea.

B. Bernard, A. Vásconez, M. Córdova, E. Telenchana
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional

Entre el 09 y 18 de noviembre DE 2022, técnicos del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IG-EPN) realizaron la tercera campaña de mantenimiento y recolección de datos de las estaciones de monitoreo de la RENGEO (Red Nacional de Geodesia) ubicadas en las provincias de Esmeraldas, Manabí, Santo Domingo de los Tsáchilas, Guayas y Santa Elena.

Las estaciones geodésicas cuentan con equipos receptores GNSS marca Trimble modelos Alloy, NetRS y NetR9, los cuales toman medidas en intervalos de 30, 1 y 0.2 segundos.

Adicionalmente se instalaron 2 estaciones GNSS marca Leica modelo GR50, en Puerto Cayo (Manabí) y Laguna Cube (Esmeraldas) con el objetivo de modernizar los equipos instalados en estos lugares, los cuales funcionaron por mas de 10 años.

Figura 1: Verificación de funcionamiento de equipos, mantenimiento y descarga de datos en la estación de monitoreo Arashá.

Figura 2: Mantenimiento de la infraestructura física y revisión de equipos de la estación de monitoreo Punta Prieta.

La RENGEO cuenta con más de 80 estaciones de monitoreo a nivel nacional, las cuales permiten mantener la vigilancia de desplazamientos relativos de las estructuras geológicas a lo largo del país.

Esta campaña fue realizada con éxito gracias a la colaboración entre el Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IG-EPN) y el Instituto de Investigación para el Desarrollo (IRD) de Francia dentro del marco del Proyecto S5, y la buena voluntad de los propietarios donde están ubicadas las distintas estaciones.

A. Herrera, J. Yerovi
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional