El Sierra Negra es un volcán localizado en la Isla Isabela unos 23 km al NW de Puerto Villamil (Figura 1). Tiene una edad aproximada de 535 mil años, está dominado por un volcanismo basáltico (poca sílice, alto contenido de Mg, Fe y Ca). El edificio está construido principalmente por la acumulación de flujos de lava (AA y Pahoehoe). Se caracteriza por episodios eruptivos con erupciones de tipo fisural (circunferencial y radial) con conos satélites (salpicadura o escoria).

El Sierra Negra ha presentado 7 erupciones en los últimos 70 años, siendo las últimas las que ocurrieron en: 1979, 2005 y 2018. La erupción del 26 de junio de 2018 estuvo precedida por casi un año de persistente agitación, misma que estuvo caracterizada por el incremento en la sismicidad (magnitud y cantidad de eventos) y deformación (más de cinco metros de levantamiento desde la erupción de 2005). Finalmente una erupción de tipo fisural ocurrió en el borde externo de la caldera, hacia el norte y noroccidente. Esta erupción estuvo caracterizada por la emisión de flujos de lava, a través de hasta 5 fisuras, de las cuales la fisura 4 fue la más activa (Fig. 1). Esta erupción arrojó un aproximado de 189 ± 94 millones de metros cúbicos cubrió un área de aproximadamente 30.6 millones de metros cuadrados en un período de tiempo de 58 días de erupción (Vasconez et al., 2018). Actualmente, el volcán ha retornado a sus niveles de base en cuanto a sismicidad, sin embargo, se registra un nuevo proceso de inflación, lo cual sugiere el ingreso de nuevo magma (roca fundida a altas temperaturas) a su reservorio.

Entre el 23 y 29 de noviembre de 2019 un grupo de técnicos del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional realizó trabajos de vigilancia en la zona. Gracias a la autorización y apoyo logístico del Ministerio del Ambiente y los Guardaparques del Parque Nacional Galápagos, los técnicos pudieron ingresar a la zona conocida como Minas de Azufre para realizar varias actividades de: medición de gases volcánicos, termografía y medición de temperaturas con termocupla.

Campo fumarólico: Se entiende como campo fumarólico a un área aledaña a un volcán, que posee fracturas, fisuras o conductos de diferentes tamaños, por donde salen en forma permanente y perceptible gases de procedencia magmática e hidrotermal. En los campos fumarólicos generalmente hay varios focos de emisión de los gases a altas o moderadas presiones. Cuando la temperatura de los gases en su salida a la atmósfera es menor a 150ºC, se facilita la sublimación de azufre en sus alrededores, los cuales presentan un característico color amarillo-verdoso (SGC, 2018).

Minas de Azufre: La zona de Minas de Azufre corresponde a un gran campo fumarólico donde se encuentran precipitaciones de azufre nativo en un área de unos 800x400m. El campo ha sido dividido en 3 zonas que presentan las anomalías más importantes: Zona 1 (baja temperatura), Zona 2 (media temperatura) y Zona 3 (alta temperatura). Durante la visita se pudo observar que la actividad superficial de todos los campos fue moderada, con columnas de emisión que alcanzaron algunos metros (~ 20 m) sobre su centro de emisión (Figura 2).

Trabajos de Monitoreo

Mediciones con Multigas
El multiGAS es un equipo que permite la medición directa de las concentraciones de varias especies gaseosas (p.e., H2S, SO2, CO2, H2O) al mismo tiempo, usando una combinación de sensores ópticos y electroquímicos. Además puede medir otros parámetros como por ejemplo: temperatura ambiental, presión, humedad, etc (USGS, 2016).

Durante su campaña los técnicos del IGEPN realizaron varias travesías con multigas por las periferias e interior de las fumarolas, definiendo así las concentraciones máximas y razones entre las diferentes especies. Durante la visita se pudo observar que la actividad superficial de todos los campos fue moderada, con columnas de emisión que alcanzaron algunos metros (~ 20 m) sobre su centro de emisión (Figura 3).

En la Zona 1 las concentraciones máximas de CO2, alcanzaron un máximo de 3139 ppm. Así mismo el H2S, alcanza valores de hasta 15 ppm (Unidad: partes por millón) y SO2 de 76 ppm. Las razones obtenidas en la Zona 1 se detallan en la tabla 01, estos valores son consistentes con las mediciones llevadas a cabo en febrero de 2018, las obtenidas durante los trabajos de campo por científicos de la Comisión de Química de Gases Volcánicos cuyo acrónimo es CCVG (Commission on the Chemistry of Volcanic Gases), durante el Décimo Tercer taller de la CCVG, “Gas Workshop 2017” y las reportadas por Padrón et al. (2012).

Mediciones directas de temperatura
La termocupla es un instrumento de medición de temperatura que consiste en una vara formada por dos metales distintos que producen una diferencia de potencial muy pequeña al ser calentada, misma que se usa para determinar la temperatura. Durante la campaña se utilizó uno de estos instrumentos para la determinación de las temperaturas del campo fumarólicos.

Debido a los constantes cambios morfológicos en la zona, las temperaturas obtenidas mediante termocupla (Figura 4) no pueden ser comparadas directamente con las mediciones anteriores. La Figura 5 muestra los puntos de medición de temperatura por métodos directos para las tres zonas previamente definidas. Se observa que no existen variaciones importantes para las temperaturas de las zonas 1 y 3, las cuales se mantienen en valores similares a campañas anteriores e incluso por debajo de ellos. En lo que respecta a las zonas 2 y 3, lamentablemente no pudo accederse hasta la parte más caliente, debido a las altas concentraciones de gas y los vientos en contra. Solamente se realizaron mediciones en la periferia, llegando a registrarse temperaturas de hasta 203.2°C, para la zona 3 y 82 °C para la zona 1.

Mediciones de temperatura, utilizando cámara térmica
Durante los trabajos realizados en el volcán Sierra Negra, se pudieron obtener imágenes y secuencias térmicas de los campos fumarólicos. La cámara utilizada para este propósito es: OPTRIS PI640. Todas las temperaturas analizadas han sido obtenidas a corta distancia (entre dos a veinte metros entre la cámara térmica y la fumarola). La temperatura ambiente promedio fue de aproximadamente 26 °C. Se entiende que, a corta distancia, el error de las medidas obtenidas mediante una cámara térmica es bajo.

Zona 1 (temperatura baja): Este campo fumarólico temperaturas máximas aparentes fluctuantes entre 71.8 y 120.8 °C (Figura 6).

Zona 2 (temperatura media): Este campo fumarólico temperaturas máximas aparentes fluctuantes entre 122 y 210.3 °C.

Zona 3 (temperatura alta): Este campo fumarólico temperaturas máximas aparentes fluctuantes entre 270.8 y 301.5 °C. (Figura 8).

Los Gases Fumarólicos
Los magmas contienen gases disueltos, dichos gases proporcionan la fuerza motriz que causa las erupciones volcánicas. Cuando el magma asciende a superficie la presión disminuye, esto permite que los gases se liberen de la porción líquida del magma y viajen hacia arriba para finalmente ser liberados a la atmósfera (USGS, 2016).

El gas volcánico más abundante es el vapor de agua, que es inofensivo. Sin embargo, otros gases tales como el dióxido de carbono (CO₂), dióxido de azufre y trióxido de azufre (SO₂, SO₃), que combinados con el vapor de agua originan ácidos sulfhídrico y sulfúrico (H²S, H₂SO₄) pueden resultar tóxicos. El ácido clorhídrico (HCl), el monóxido de carbono (CO), el ácido fluorhídrico (HF), el hidrógeno (H), el helio (He) y el radón (Rn), también son expulsados durante la erupción, así como mercurio (Hg), magnesio (Mg), manganeso (Mn) y bromo (Br), entre otros. En función de sus concentraciones estos gases pueden resultar potencialmente peligrosos para las personas, los animales y la agricultura (Sierra, 2014; USGS, 2016).

La exposición a gases volcánicos acrecienta las afecciones respiratorias previamente existentes, así mismo con exposición prolongada o las altas concentraciones puede provocar el aparecimiento de patologías respiratorias en personas previamente sanas (Vargas, 2012).

CO₂.- El CO₂ es un gas incoloro e inodoro, no es inflamable y no es reactivo químicamente. El dióxido de carbono constituye aproximadamente el 0,04% del aire en la atmósfera de la Tierra. En un año promedio, los volcanes del mundo liberan aproximadamente 180-440 millones de toneladas de dióxido de carbono, lo cual viene representando una cifra insignificante si es comparada con la emisión de CO₂ causada por el hombre (USGS, 2016).

Cuando existe liberación de CO₂ desde un volcán usualmente se encuentra en bajas concentraciones, que no representan un peligro. Sin embargo, ya que el gas dióxido de carbono es 1.5 veces más pesado que el aire, puede fluir y acumularse en depresiones topográficas (IVHHN, 2016; USGS, 2016). El CO₂ es tóxico en altas concentraciones ya que actúa como un gas asfixiante (debido a la reducción de oxígeno). Entre sus efectos están la irritación de los ojos, la nariz y la garganta. (IVHHN, 2016). Al respirar aire con más de 3% de CO₂ puede provocar rápidamente dolores de cabeza, mareos, aumento del ritmo cardíaco y dificultad para respirar (USGS, 2016). Concentraciones entre 10 y 30% producen inconciencia en tiempos de entre 10 y 1 min respectivamente, pudiendo causar convulsiones y a continuación la muerte (Hansell, 2004).

En las zonas volcánicas u otras donde se producen las emisiones de CO₂, es importante evitar las pequeñas depresiones y zonas bajas que podrían permitir la acumulación de este gas. El límite entre el aire limpio y el gas letal puede ser extremadamente estrecho; incluso un solo paso pendiente arriba puede marcar la diferencia para escapar de la asfixia (USGS, 2016).

SO₂.- El dióxido de azufre es un gas incoloro con un olor penetrante que irrita la piel y los tejidos y las membranas mucosas de los ojos, la nariz y la garganta. Las emisiones de SO₂ pueden causar lluvia ácida y contaminación del aire en dirección preferencial del viento sobre el volcán (USGS, 2017).

Las pautas de calidad del aire de la Organización Mundial de la Salud establecen máximos para exposiciones de SO₂ a 175 ppb en periodos de 10 min y 144 ppb por periodos de un día (EPAQS, 1995; Hansell, 2004).

Existen reportes de dolores de cabeza, tos, irritación de ojos y garganta por exposición prolongada a concentraciones relativamente altas del gas (1-5 ppm), pero estos efectos son poco probables con concentraciones por debajo de 200-500 ppb. Asimismo existen reportes de muerte por sobreexposición en casos de personas asmáticas (Hansell, 2004).

H₂S.- El sulfuro de hidrógeno (H₂S) es muy tóxico en altas concentraciones, es un gas incoloro e inflamable con un olor fuerte desagradable. Curiosamente, la nariz humana es más sensible al H₂S que cualquier instrumento moderno de monitoreo de gases (USGS, 2017).

Las mezclas de aire con tan poco como 0.000001% de H₂S se asocian con un olor a huevo podrido. Desafortunadamente, nuestro sentido del olfato no es una alarma confiable: a proporciones de mezcla superiores al 0.01%, el H₂S se vuelve inodoro y muy tóxico, causando irritación del tracto respiratorio superior y, durante la exposición prolongada, edema pulmonar (USGS, 2017).

La exposición a valores superiores a 500-700 ppm puede hacer que un humano caiga inconsciente en 5 minutos y muera en una hora o menos (Hansell, 2004; USGS, 2017). Así mismo la exposición a bajas concentraciones durante periodos prolongados puede incrementar el riesgo de cáncer pulmonar, enfermedades respiratorias y enfermedades del sistema nervioso (Bates et al., 1998; 2002).

Los haluros de hidrógeno (HF, HCl, HBr).- Los volcanes pueden emitir los halógenos flúor, cloro y bromo en forma de haluros de hidrógeno (HF, HCl y HBr). Estas especies son todos ácidos fuertes y tienen alta solubilidad; por lo tanto, se disuelven rápidamente en gotas de agua dentro de penachos volcánicos o en la atmósfera donde potencialmente pueden causar lluvia ácida. En una erupción productora de ceniza, las partículas de ceniza también suelen estar recubiertas con haluros de hidrógeno. Una vez depositados, estas partículas de cenizas recubiertas pueden envenenar el suministro de agua potable, los cultivos agrícolas y las tierras de pastoreo.

Posibles efectos de los gases sobre la salud por la exposición a gases en la zona de Minas de Azufre
Los datos obtenidos a través del instrumento Multigas en la Zona 1 (de menor temperatura), revelan que zona de Minas de Azufre registra concentraciones elevadas de las diferentes especies gaseosas. Estas concentraciones son suficientes para generar efectos nocivos sobre la salud, sobre todo durante períodos largos de exposición. Entre los síntomas que pueden provocar se encuentran: mareo, dolor de cabeza, irritación en las vías respiratorias y dificultad para respirar. Niños, ancianos y personas con enfermedades respiratorias son especialmente vulnerables.

Para realizar trabajos de investigación y vigilancia es posible acercarse a las fumarolas utilizando equipo adecuado de seguridad, consistente en trajes de protección corporal y máscaras especiales con filtros para gases ácidos y halogenuros. Sin embargo, las máscaras antigás no representan ninguna protección en caso de que se presenten fuertes emanaciones de CO2 que pueden reemplazar al aire atmosférico causando asfixia.

Por tanto se recomienda mantenerse alejados de la zona de los campos fumarólicos y no acercarse a ellos por ningún motivo. En caso de un incremento súbito de las tasas de emisión de gas, las concentraciones podrían aumentar resultando muy nocivas e incluso mortales.

Nivel de actividad
Luego de la erupción de junio de 2018, el volcán ha retomado sus niveles de actividad de base, a nivel interno (baja sismicidad, baja tasa de inflación), como a nivel superficial (únicamente, actividad fumarólica en Minas de Azufre). Los valores en las razones gaseosas obtenidas son concordantes con este cambio (disminución) en los niveles de actividad del volcán. Las temperaturas obtenidas son ligeramente menores, sin embargo, ante los continuos cambios morfológicos, estas no son necesariamente comparables.

Bibliografía
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• Padrón, E., Hernández, P. A., Pérez, N. M., Toulkeridis, T., Melián, G., Barrancos, J. & Notsu, K. (2012). Fumarole/plume and diffuse CO 2 emission from Sierra Negra caldera, Galapagos archipelago. Bulletin of volcanology, 74(6), 1509-1519.
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• Vasconez, F. J., Ramón, P., Hernandez, S., Hidalgo, S., Bernard, B., Ruiz, M., ... & Ruiz, G. (2018). The different characteristics of the recent eruptions of Fernandina and Sierra Negra volcanoes (Galápagos, Ecuador). Volcanica, 1(2), 127-133.

MA, DS, SH.
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional