Con los volcanes Cotopaxi, Reventador y Sangay en erupción (Fig. 1) y varios más que a veces presentan agitaciones internas y fumarolas en superficie, es importante calificar su actividad acorde a los resultados de la vigilancia volcánica. El Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IG-EPN), como ente oficial de la vigilancia volcánica en Ecuador, ha desarrollado un sistema basado en varios parámetros para caracterizar la actividad interna y superficial de los volcanes ecuatorianos. Como cada volcán tiene características propias, los niveles de “actividad interna” y “actividad superficial” no son idénticos para todos. A continuación, se describe de manera general cómo se califica la actividad de los volcanes ecuatorianos.

Figura 1.-Los tres volcanes en erupción en Ecuador en 2023, las imágenes muestran actividad eruptiva en Cotopaxi (23/02/2023), Reventador (25/02/2023) y Sangay (04/01/2023). Las tomas corresponden a las cámaras fijas del IG-EPN.

La actividad interna
La actividad interna de los volcanes ecuatorianos es evaluada con varias técnicas o ciencias que tienen como objetivo detectar la presencia y el movimiento de fluidos (magma o gas) dentro del edificio volcánico. La principal herramienta utilizada a nivel mundial y para el Ecuador es la sismología, que permite detectar y caracterizar fenómenos de diferentes tipos (sismos relacionados a apertura de fracturas, movimiento de fluidos, vibraciones sostenidas), mediante el uso de sismómetros ubicados en los flancos del volcán. También se utilizan las técnicas de geodesia, que permite observar cambios en la forma del volcán (inflación o deflación) con el uso de GPS continuos de alta resolución e inclinómetros. Existen otras técnicas complementarias, como por ejemplo la gravimetría, pero éstas (sismología y geodesia) son las más importantes para el diagnóstico de la actividad interna (Tabla 1).

Tabla 1.- Niveles de actividad Interna para los volcanes del Ecuador.

Actividad superficial
La actividad superficial se relaciona con los productos emitidos por el volcán; igualmente se utilizan varias técnicas para detectar y caracterizar los fenómenos observados en superficie. Las emisiones de gas son cuantificadas gracias a instrumentos en el campo (DOAS, Multigas) y satélites. Las emisiones de ceniza son identificadas y caracterizadas en las imágenes de las cámaras instaladas en la cercanía del volcán y también desde satélites. Las explosiones son detectadas mediante el uso de sensores acústicos instalados en el campo. El calor emitido por los fenómenos volcánicos (proyectiles balísticos, flujos de lava o piroclásticos) es evaluado con cámaras de rango infrarrojo y desde satélites. Finalmente, los lahares son detectados mediante redes de sensores sísmicos, acústicos y cámaras.

El IG-EPN califica la actividad superficial en función de un conjunto de parámetros de vigilancia y fenómenos en superficie (Tabla 2).

Tabla 2.- Niveles de actividad Superficial para los volcanes del Ecuador.

¿Qué significa la tendencia?
Adicionalmente se califica la tendencia de esta actividad en base a su evolución a corto plazo (días a semanas). La tendencia sin cambio significa que no se observan cambios significativos, mientras que las tendencias ascendente o descendente indican que los parámetros de vigilancia han experimentados una aceleración o desaceleración en los últimos días. La tendencia es más variable que los niveles de actividad ya que dentro de un nivel pueden producirse frecuentes altos y bajos (Fig. 2).

Figura 2.- Esquema ilustrando los cambios en la tendencia de un parámetro de monitoreo volcánico.

¿Por qué decimos que la actividad superficial actual del Cotopaxi es moderada y al mismo tiempo que la erupción es pequeña?
Es importante no confundir el nivel de actividad superficial y el tamaño de la erupción. Desde el 21 de octubre de 2022, el volcán Cotopaxi ha empezado un nuevo periodo eruptivo. La actividad superficial del Cotopaxi ascendió de un nivel de actividad superficial bajo (solo columnas de gas <1 km sobre el nivel del cráter) a moderado (columnas de emisión de gas y ceniza <3 km sobre el nivel del cráter, caída de ceniza a nivel cantonal como único fenómeno volcánico que repasa los límites del cráter, anomalías térmicas limitadas a la zona del cráter). Sin embargo, el hecho de que el tamaño de esta erupción sea calificado como pequeño puede causar confusión.

Para entender esta diferencia debemos conocer la escala más utilizada a nivel mundial para calificar el tamaño de una erupción explosiva, el cual es el Índice de Explosividad Volcánica (VEI, por sus siglas en inglés) definido por Newhall y Self en 1982 (Fig. 3).

Figura 3.- Índice de Explosividad Volcánica, mostrando el volumen de material piroclástico (modificado de Wikipedia).

Este índice tiene como principales criterios el volumen de material piroclástico (fragmentos de magma y rocas de tamaño de ceniza, lapilli y bloques). Una erupción con un volumen inferior a 0.00001 km³ de material emitido (equivalente a 1 428 volquetas de 7 m³ o 4 piscinas olímpicas) tiene un VEI de 0 y es calificada como no-explosiva.

Una erupción con un volumen de 0.00001 a 0.001 km³ de material emitido tiene un VEI de 1 y es calificada como pequeña. La erupción actual del Cotopaxi ha emitido aproximadamente 0.00017 km3 hasta el mes de febrero de 2023 lo que permite calificarla con VEI de 1.

Por otra parte, una erupción con un volumen de 0.001 a 0.01 km³ de material emitido corresponde a un VEI de 2 y es calificada como moderada. Durante la erupción de 2015, el Cotopaxi emitió aproximadamente 0.0012 km³ de material lo que permitiría calificar su erupción como VEI de 2 (Bernard et al., 2016). Según estudios recientes, la erupción del 26 de junio de 1877 que tiene un VEI de 3 que la califica como una erupción moderada a grande mientras que la erupción del Cotopaxi del 30 de noviembre al 2 de diciembre 1744 tiene un VEI de 4 y se califica como una erupción grande (Pistolesi et al., 2011). Hay que indicar que en tiempos pre-históricos (antes de 1532, con la llegada de los españoles) ocurrieron erupciones muy grandes con VEI de 5 y 6 en el Cotopaxi (Hall y Mothes, 2008).

El Cotopaxi atraviesa un nuevo proceso eruptivo y lo más importante es permanecer informados y prepararse. Conoce el mapa de potenciales amenazas en caso de una erupción moderada a grande del Volcán Cotopaxi. ¿Dónde queda tu casa? ¿Tu lugar de trabajo? ¿La escuela de tus niños?

Explora el mapa interactivo: https://www.igepn.edu.ec/mapas/amenaza-volcanica/mapa-volcan-cotopaxi.html
Encuentra información importante sobre qué hacer frente a una erupción: https://alertasecuador.gob.ec/

Referencias

• Bernard, B., Battaglia, J., Proaño, A., Hidalgo, S., Vásconez, F., Hernandez, S., & Ruiz, M. (2016). Relationship between volcanic ash fallouts and seismic tremor: Quantitative assessment of the 2015 eruptive period at Cotopaxi volcano, Ecuador. Bulletin of Volcanology, 78(11), 80. https://doi.org/10.1007/s00445-016-1077-5.
• Hall, M., & Mothes, P. (2008). The rhyolitic–andesitic eruptive history of Cotopaxi volcano, Ecuador. Bulletin of Volcanology, 70(6), 675–702. https://doi.org/10.1007/s00445-007-0161-2.
• Newhall, C. G., & Self, S. (1982). The volcanic explosivity index (VEI) an estimate of explosive magnitude for historical volcanism. Journal of Geophysical Research: Oceans, 87(C2), 1231–1238. https://doi.org/10.1029/JC087iC02p01231.
• Pistolesi, M., Rosi, M., Cioni, R., Cashman, K. V., Rossotti, A., & Aguilera, E. (2011). Physical volcanology of the post–twelfth-century activity at Cotopaxi volcano, Ecuador: Behavior of an andesitic central volcano. Geological Society of America Bulletin, 123(5–6), 1193–1215. https://doi.org/10.1130/B30301.1.

B. Bernard, D. Sierra
Corrector de Estilo: G. Pino
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional

Los días 15 y 16 de febrero de 2023, gracias a la gentil invitación del Crnl. C.S.M. Víctor Villavicencio, PhD. Rector de la Universidad de las Fuerzas Armadas, personal del Instituto Geofísico de le Escuela Politécnica Nacional (IG-EPN) acudió a la sede principal de la Universidad en el Valle de Los Chillos para realizar charlas informativas sobre las tareas de vigilancia que desempeña el IG-EPN dentro del contexto actual de la erupción del volcán Cotopaxi.

Figura 1.- El Ing. Marco Almeida (Área de Vulcanología del IG-EPN) habla sobre el estado actual del volcán (Foto cortesía del Tcrn. S.P. David Molina Vizcaíno - ESPE).

Durante el evento, organizado por la ESPE, se realizaron 6 jornadas de conferencias con diversos expositores. El Ing. Mario Cruz, MSc (ESPE) trató la temática de “El Planeta Tierra”, el Ing. Marco Almeida habló sobre “Vigilancia, Evaluación de la Amenaza y Pronósticos Eruptivos del Volcán Cotopaxi”, el Dr. Oswaldo Padilla (ESPE) disertó sobre “Una Vista en el Tiempo y el Territorio”, así como la Unidad de Seguridad Integrada de la ESPE, el Tcrn. S.P. David Molina y la Psicóloga Jenny Artieda abordaron la temática de los planes de contingencia ante un posible incremento de la actividad del coloso.

El evento contó con el realce de funcionarios, directivos y estudiantes de las diferentes facultades de la Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE. Además, a lo largo de toda la jornada, la información fue distribuida a un aproximado de más de 2500 asistentes.

Figura 2.- El Ing. Almeida del IG-EPN realiza una explicación sobre los mapas de amenaza volcánica generados por el Instituto Geofísico y cómo acceder a ellos (Foto cortesía del Dr. Oswaldo Padilla - ESPE).

El volcán Cotopaxi atravesó un periodo eruptivo que se extendió a lo largo de 2015 y, tras unos años de relativa calma, ha retomado su actividad desde mediados de octubre de 2022. La actividad que presenta el Cotopaxi es por el momento de baja magnitud, pero ha puesto en alerta a todo el país.

El IG-EPN continúa vigilando la actividad del volcán Cotopaxi con el fin de entender su comportamiento y la evolución de su erupción. Al momento de la emisión de este reporte, la actividad del Cotopaxi es Superficial e Interna Moderada con Tendencia Sin Cambio.

Lo más importante es permanecer informados por fuentes oficiales. Conoce el mapa de potenciales amenazas en caso de una erupción grande del volcán Cotopaxi. ¿Dónde queda tu casa? ¿Tu lugar de trabajo? ¿La escuela de tus niños? Explora el mapa interactivo de Amenazas Volcánicas del Cotopaxi: https://www.igepn.edu.ec/mapas/amenaza-volcanica/mapa-volcan-cotopaxi.html

Encuentra información importante sobre qué hacer frente a una erupción del volcán Cotopaxi: https://alertasecuador.gob.ec/

M. Almeida, M. Córdova, D. Sierra
Corrector de Estilo: G. Pino
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional

Los pobladores del Cantón Las Naves, provincia de Bolívar, reportan haber escuchado ruidos extraños similares a cañonazos, bramidos y vibraciones que vienen desde gran distancia y estremecen el suelo. Pero no son los únicos, otras poblaciones del litoral ecuatoriano en Guayas y Los Ríos han reportado percibir estos ruidos también desde aproximadamente agosto de 2022. Todos se preguntan ¿a qué se deben estos ruidos?

El IG-EPN investiga
En septiembre de 2022 se hizo una inspección técnica en el Cantón Naranjal, provincia del Guayas, mediante la instalación de 3 sensores sísmicos y un arreglo de sensores de infrasonido. Se detectó que la principal fuente de los ruidos era la actividad explosiva del volcán Sangay, y una segunda fuente en la dirección de Camilo Ponce Enríquez, seguramente asociada a la actividad minera.

Puedes encontrar el Reporte de la inspección técnica en el Cantón Naranjal en el siguiente enlace: https://bit.ly/3FnvIAZ

A fines de enero de 2023, nuevamente el IG-EPN realizó una inspección, esta vez en el cantón Las Naves, provincia de Bolívar, dónde se realizó la instalación de un sensor sísmico banda ancha que registró datos durante las noches del 27 y 28 de enero de 2023 (Figura 1).

Figura 1.- Instalación de Sensor sísmico en la zona de Barranco Colorado, cerca a las Naves, provincia de Bolívar, en la Costa de Ecuador.

La población estaba consternada pues los sonidos se habían vuelto frecuentes y se atribuyeron a la actividad de la empresa minera Curimining; sin embargo, esta empresa continúa en fase exploratoria y no ha empezado ningún tipo de extracción de los minerales aún, por lo cual hasta ahora no realizan explosiones ni voladuras de ningún tipo.

El resultado del estudio fue el mismo que en Naranjal: el origen de los ruidos en la tierra coincide con la actividad explosiva del volcán Sangay (Figura 3). Como se observa en la figura, la correspondencia entre las explosiones del volcán Sangay y los registros en la estación temporal (NAVE) es muy buena, se ve un buen paralelismo entre las explosiones y el tiempo que a las ondas sonoras les toma llegar hasta dicha localidad, que es aproximadamente 8 minutos.

Figura 2.-Correlación de señales de explosión en el volcán Sangay con señales registradas en la estación sísmica temporal NAVE. Panel superior: estación SAGA, sensor infrasonido; panel intermedio: estación SAGA, sensor sísmico, componente N-S; panel inferior estación NAVE, sensor sísmico, componente vertical. Tiempo: 08hs del 28 de enero de 2023.

Reporte de la inspección técnica en el Cantón Las Naves: https://bit.ly/3YadHxk

Un fenómeno ya documentado
La gente se pregunta por qué este tipo de ruidos no se escuchan en las cercanías del volcán, pero si se escuchan en la Costa Ecuatoriana. La respuesta parece recaer en un fenómeno físico que afecta la propagación del sonido. A veces, las zonas cercanas caen en lo que se conoce como zona de sombra, mientras en zonas más lejanas, el viento y la temperatura de las capas atmosféricas favorecen la transmisión del sonido en ciertas direcciones. Este fenómeno ha sido ampliamente descrito en la literatura y se pueden encontrar buenos ejemplos en los artículos de Fee et al., 2010 y 2013.

Figura 3.- Rango vs Amplitud de onda sonora en Decibeles, se observa la zona de sombra en los primeros 300 km desde la fuente y la dispersión de las ondas acústicas a partir de esta distancia. En esta figura se ve el caso del volcán Kasatochi en Alaska, en la erupción de agosto de 2009.

La actividad del volcán Sangay
El volcán Sangay ha presentado actividad eruptiva semicontinua desde el año de 1628 (Hall, 1977). Tiene un largo historial de eventos, incluyendo fuertes emisiones de ceniza, explosiones e incluso se sabe que en agosto de 1976 una erupción del volcán Sangay mató a dos científicos que se encontraban haciendo trabajos de reconocimiento cerca al cráter. Se sabe también por las crónicas que, en las erupciones de 1829, 1919, 1941 y 1959, la actividad del volcán fue escuchada en varias zonas de Guayas y en la ciudad de Riobamba, así que parece que estos fenómenos acústicos no son algo nuevo.

Figura 4.- Explosiones históricas en las que el ruido de la erupción llegó a oírse en Riobamba y Guayaquil.

Pero si el volcán Sangay ha estado activo tanto tiempo, ¿por qué escuchamos estas explosiones apenas hoy?
La respuesta a esta duda se encuentra en la actividad del volcán en las últimas dos décadas. La actividad era relativamente baja a inicios de la década de los 2000, pero se ha intensificado sobre todo desde el año 2019 (Vásconez, et al 2022). Si observamos la figura 5, notaremos como la actividad se va haciendo más intensa en los últimos años.

Figura 5.- A) Muestra la intensidad de las alertas termales detectadas por satélite (Mirova). B) Muestra la altura de las emisiones de ceniza en metros sobre el nivel del cráter. C, D, E, F, G, H) Muestran los cambios morfológicos superficiales y las emisiones de lava en superficie (Tomado de Vásconez et al.,2022).

Para enero de 2022, el conteo de explosiones diarias del volcán Sangay supera en promedio los 105 eventos por día. Entonces, si las condiciones climáticas lo permiten y el ruido ambiental es bajo, seguramente se podrán escuchar estas explosiones y bramidos en zonas distales.

¿Por qué la actividad parece más intensa en la noche?
En realidad, la actividad del volcán Sangay es constante y es independiente de si es de día o es de noche. Pero en las noches la actividad antrópica (humana) es más baja, hay menor circulación vehicular, menos actividad comercial, menos uso de maquinaria, etc. En general, podríamos decir que en la noche el silencio que existe nos hace más receptivos a este tipo de fenómenos. Hay que indicar que las explosiones ocurren por igual en la noche y en el día y muchos de los reportes que recibimos también son en el día.

¿Estos ruidos se deben al aparecimiento de nuevos volcanes?
En la zona de Sabanetilla los pobladores conocen de la presencia de fuentes termales, pero la ocurrencia de ruidos que “vienen desde los cerros” ha llevado a la gente a preguntarse si es posible la aparición de nuevos volcanes en la zona. La respuesta corta sería: no, no es posible.

El ambiente geodinámico no es el apropiado para la formación de un nuevo volcán, además que este tipo de fenómenos generalmente toman de cientos a miles de años en ocurrir. Los volcanes de edad Plio-Cuaternaria (menores a 5.3 millones de años) aparecen en la Sierra Ecuatoriana entre la cordillera occidental y la zona subandina desde la frontera con Colombia hasta los dos grados sur, siendo el Sangay el volcán más austral del país.

Manifestaciones hidrotermales como las que aparecen en Sabanetilla o en la Comunidad Shuar (Naranjal) son bastante comunes en la zona litoral del país y no están necesariamente asociadas al volcanismo reciente sino más bien al proceso de choque de placas tectónicas que generaron intrusiones de magma millones de años atrás, lo que hace que el gradiente geotérmico sea alto en toda la Cordillera Occidental (es decir, la tierra sigue caliente en el interior).

El Instituto Geofísico de la EPN
Vivimos en un país sismológica y volcánicamente muy activo, así que es común para nosotros tener que convivir con este tipo de fenómenos. Desde 1983, el Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IG-EPN) es el principal ente investigativo en este campo en el Ecuador.

Para estar siempre al día con la actividad sísmica y volcánica, síguenos en nuestras redes sociales: https://linktr.ee/IGEPNecuador

Referencias Bibliográficas:

• Fee, D., Steffke, A., & Garces, M. (2010). Characterization of the 2008 Kasatochi and Okmok eruptions using remote infrasound arrays. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 115(D2).
  https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2009JD013621?fbclid=IwAR3Vx9HpdEocHIRaE4cwAZIO2F9Jp4tgEwXC4cL94V5ueYNJHts1AKz3brc
• Fee, D., & Matoza, R. S. (2013). An overview of volcano infrasound: From Hawaiian to Plinian, local to global. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 249, 123-139.
  https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0377027312002685?fbclid=IwAR0azI35JZL0V-MPk2lPyf8IZ9zB4HPxyL7XDrYbzpGF9g-YRfPvM--2p8s
• Hall, M. L. (1977). El volcanismo en el Ecuador. IPGH, Sección Nacional del Ecuador.
• Vásconez, F. J., Hidalgo, S., Battaglia, J., Hernández, S., Bernard, B., Coppola, D., ... & Vásconez Müller, A. (2022). Linking ground-based data and satellite monitoring to understand the last two decades of eruptive activity at Sangay volcano, Ecuador. Bulletin of Volcanology, 84(5), 49.
  https://link.springer.com/article/10.1007/s00445-022-01560-w

D. Sierra, M. Segovia
Corrector de Estilo: G. Pino
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional

¿Qué son los flujos de lodo o lahares?
Los lahares son mezclas de agua con sedimentos y escombros de rocas volcánicas, los cuales se desplazan pendiente abajo en los volcanes o laderas. También se los conoce con los nombres de “aluviones” o “flujos de escombros”.

Según el origen del agua existen dos tipos: 1) Los lahares “secundarios”, que son de pequeño tamaño y se producen principalmente cuando las lluvias removilizan el material suelto que está en la pendiente de un volcán y 2) Los lahares “primarios”, que son flujos muy voluminosos que se forman por el derretimiento súbito de importantes secciones del casquete glaciar en caso de una erupción volcánica (Figura 1). Lahares primarios se formaron, por ejemplo, en la última erupción grande del volcán Cotopaxi en el año 1877.

Figura 1.- A) Formación de lahares secundarios por lluvias. B) Formación de lahares primarios por erupción grande y derretimiento de los glaciares.

¿Qué son las obras de mitigación?
Por definición, la mitigación significa atenuar o reducir el impacto de una amenaza. Para el caso de los lahares, las obras de mitigación son cualquier estructura cuyo objetivo sea detener los sedimentos del flujo, disminuir su masa, su energía, su velocidad y por ende el impacto que puedan tener al alcanzar una zona poblada.

¿Existen obras de mitigación en nuestro país?
Por supuesto que sí, debido a que el Ecuador es un país muy lluvioso donde a menudo ocurren aluviones. En las quebradas se han construido variadas obras de infraestructura, como barreras, coladeras y canalizaciones instaladas en pequeños drenajes y quebradas (Figura 2). Estas obras están diseñadas para el caso de flujos lodosos, aluviones y lahares de pequeño tamaño, que por lo general no superan caudales de decenas de metros cúbicos por segundo.

Figura 2.- A la izquierda obras de mitigación de tipo barrera en una pequeña quebrada del Sector de Santa Rosa de Pomasqui (Quito). A la derecha obras de mitigación tipo cernidera en la quebrada Carretas sector del Portal Shopping.

Una comparación de volúmenes (el desastre de La Gasca)
El 31 de enero de 2022, un aluvión o flujo de lodo descendió por el sector de La Gasca, en el costado noroccidental de la capital ecuatoriana. Según estudios preliminares, el aluvión fue causado por las fuertes lluvias que ocurrieron esa tarde y noche en el sector. Lodo, escombros, árboles y hasta autos fueron arrastrados por el flujo, causando decenas de víctimas en ese barrio de Quito (Figura 3).

Figura 3.- Tareas de limpieza en el sector de la Gasca tras el descenso de un flujo de lodo y escombros, registrado en enero de 2022.

Se ha estimado que ese aluvión tuvo un volumen aproximado de 100 mil metros cúbicos y caudales máximos de entre 100 y 150 metros cúbicos por segundo al llegar a la zona poblada. Las obras de mitigación que existían en esa quebrada resultaron insuficientes y no evitaron la destructividad del flujo (Figura 4).

Figura 4.- Obras de mitigación en las quebradas de La Gasca que fueron superadas y no pudieron contener el aluvión en enero de 2022.

Los estudios realizados acerca de la erupción de 1877 del volcán Cotopaxi muestran que los lahares primarios tuvieron volúmenes de entre 60 y 80 millones de metros cúbicos en cada uno de los drenajes: Norte, que va en dirección del Valle de los Chillos (ríos Pita y Santa Clara); Sur, en dirección a Latacunga (río Cutuchi) y Oriental, en dirección del río Napo-Jatunyaku (Figura 5). Es decir, el volumen que podría producirse en una erupción del Cotopaxi similar a la de 1877 es 800 veces más grande que el desastre de La Gasca en cada uno de los principales ríos que descienden desde el Cotopaxi.

Figura 5.- Mapa regional de peligros del volcán Cotopaxi mostrando la zona multi-amenaza y los polígonos de afectación por flujos de lodo o lahares en un escenario tipo 1877.

Para descargar los Mapas de Amenaza del volcán Cotopaxi en formato PDF ingresa a este link: https://www.igepn.edu.ec/cotopaxi-mapa-de-amenza-volcanica

Para visitar el Mapa Interactivo de Amenazas del volcán Cotopaxi visita el siguiente link: https://www.igepn.edu.ec/mapas/amenaza-volcanica/mapa-volcan-cotopaxi.html

¿Qué son los “Sabo Dams”?
Al igual que nuestro país, Japón presenta frecuente actividad volcánica y clima lluvioso, por lo cual los lahares y aluviones son fenómenos frecuentes. Los japoneses son pioneros en las obras de mitigación para lahares. En áreas montañosas, donde estos flujos pueden tener impacto destructivo, los japoneses han diseñado y construido complejos sistemas de "represas de control" (llamadas “sabo dams”) para reducir el impacto de estos fenómenos naturales.

Los “sabos” no son simples represas, en realidad son complejos sistemas de gigantescas barreras, cedazos y mojones distribuidos a lo largo de drenajes peligrosos. Los diseños de los “sabos” son complejos y están pensados no solo en represar el flujo sino en reducir su masa y su velocidad en varias etapas (Figura 6).

Figura 6.- Diseño conceptual de un sistema de sabo dams para proteger una zona poblada.

Los sabo dams son obras colosales, ingeniosos sistemas de tamices de varios cientos de metros de ancho. A continuación, se muestran unos ejemplos de cómo se ven estos tamices gigantes en el Monte Tokachi, Japón. Estas fotos fueron tomadas en 2017, cuando personal del IG-EPN fue invitado a conocer estas obras de mitigación (Figura 7).

Figura 7.- Ejemplos de represas Sabo en Japón (Fotos: JICA/ IG-EPN).

A pesar de su apariencia, estas obras de mitigación fueron diseñadas para contener solamente aluviones y lahares secundarios de tamaño pequeño a moderado, que son producidos por lluvias fuertes como en La Gasca, porque en Japón no hay volcanes que tengan glaciares como el Cotopaxi. Diseñar obras de mitigación para los lahares primarios del Cotopaxi sería algo totalmente fuera de la escala, algo que jamás se ha hecho en el mundo.

Lecciones Aprendidas en Ecuador
El proceso eruptivo del volcán Cotopaxi en 2015 nos dejó lecciones. Los lahares secundarios que bajaron por el volcán rápidamente colapsaron los drenajes cercanos al cono y cubrieron la carretera de ingreso al Parque Nacional Cotopaxi, en varias ocasiones, a la altura de la quebrada Agualongo (Figura 8). Si bien la carretera ya se encuentra habilitada, aún varios años después, la quebrada no ha sido limpiada por completo. El volumen de aquellos lahares fue relativamente pequeño; por ejemplo, el 3 de abril de 2019 se registró el descenso de 40 mil metros cúbicos de material que fueron suficientes para interrumpirla por completo.

Figura 8.- Lahar secundario en la quebrada de Agualongo, con un volumen de 40 mil de metros cúbicos.

En caso de construirse, las obras de mitigación requieren mantenimiento y limpieza continua, para asegurar que estén operativas en caso de emergencia. La ausencia de ese mantenimiento puede provocar que las obras se vuelvan inútiles, como ha ocurrido en la quebrada de Agualongo.

¿Se pueden construir obras de mitigación para el Volcán Cotopaxi?
Se ha estimado que las potenciales pérdidas económicas en caso de ocurrir lahares primarios del Cotopaxi estarían en el orden de 20 a 30 mil millones de dólares. Esto sugiere que se debe considerar invertir en obras de mitigación. Sin embargo, ¿es técnicamente posible? ¿A qué costo? ¿En cuánto tiempo? Como ya se ha expuesto en el texto anterior, las obras de mitigación son una realidad en el mundo y en nuestro país, pero nunca se han diseñado o construido con el objetivo de detener volúmenes de 60-80 millones de metros cúbicos de material. Esto significa que la decisión de hacer esas inversiones tendría una gran incertidumbre debido a la falta de experiencia previa.

Las obras de mitigación toman tiempo en ser construidas, son costosas y requieren un fuerte soporte ingenieril para estar seguros de que su funcionamiento sea adecuado. Las obras de mitigación no son simples represas, son complicados sistemas de contención (como se ve en la Figura 6). Construcciones de ese tipo requieren profundos estudios técnicos e ingenieriles, para los cuales se necesitaría la mejor información científica sobre los lahares primarios del volcán Cotopaxi.

Es una tarea muy difícil evaluar si es posible construir obras de tal magnitud. A inicios de los 2000, técnicos de la Agencia de Cooperación Internacional del Japón (JICA), vinieron a estudiar el caso del volcán Cotopaxi y considerar la posibilidad de construir estas obras de mitigación. Ellos declararon que es poco viable, por los gigantescos volúmenes que se esperan en una erupción tipo 1877.

Para resumir
Se debe evaluar la posibilidad de construir obras de mitigación ante lahares del volcán Cotopaxi, pero debe hacerse de una manera responsable y basada en estudios técnicos y científicos de alto nivel. Por supuesto, dichos estudios técnicos y la potencial construcción podrían llevar años y la erupción podría llegar antes. Por ahora, no contamos con obras de este tipo, así que es fundamental preparar la respuesta a una emergencia, considerando lo que podemos hacer para reducir nuestras vulnerabilidades. El proceso de disminuir o eliminar la amenaza (los lahares) puede ser un camino largo y complejo.

Por ahora, el conocimiento del mapa de amenazas, las rutas de evacuación y el reconocimiento de sitios seguros son la mejor opción que tenemos para hacer frente a una potencial erupción tipo 1877.

Para saber más sobre rutas de evacuación, sirenas y sitios seguros visita el siguiente enlace: https://alertasecuador.gob.ec/

D. Sierra, A. Vásconez, D. Andrade
Corrector de Estilo: G. Pino
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional

Actualización del estado del volcán Cotopaxi

Resumen
Desde el 21 de octubre del 2022, las estaciones instaladas en los flancos del volcán Cotopaxi registraron el inicio de un nuevo periodo eruptivo. Desde entonces se han registrado emisiones de ceniza, la mayoría de ellas son de baja altura (<1 km snc) y de bajo contenido de ceniza y provocan caída de ceniza en las inmediaciones del Parque Nacional Cotopaxi (PNC), y las poblaciones ubicadas al WSW del volcán. Dentro de este periodo también se ha tenido emisiones de ceniza más intensas y más duraderas, que han provocado caída de ceniza en zonas más pobladas más distantes, especialmente en los cantones Quito, Mejía, Rumiñahui y Latacunga (26 de noviembre, 20 de diciembre 2022, 18 de enero, 2-3 de febrero y 14 de febrero 2023). Los parámetros de sismicidad y deformación se mantienen en niveles moderados, pero con una tendencia ligeramente ascendente; mientras que la desgasificación fue intensa hasta enero 2023, pero ha descendido levemente desde febrero.

Esta reactivación volcánica tiene un origen magmático evidenciado por las grandes cantidades de dióxido de azufre emitido a la atmósfera y por el porcentaje alto de componente juvenil en la ceniza recolectada. Las emisiones de ceniza son cada vez más frecuentes, pero hasta el momento no han llegado a los niveles más intensos observados durante la erupción de agosto-noviembre 2015.

La evolución de esta actividad a mediano plazo es incierta, debido a la naturaleza misma de los fenómenos volcánicos. Sin embargo, a corto plazo (días a semanas) el escenario más probable es que las emisiones de ceniza se repitan y/o se intensifiquen sin mostrar mayores signos precursores. En este sentido es importante mantener activo el sistema de vigilancia y continuar con las tareas de prevención y mitigación relacionadas con los escenarios eruptivos del volcán Cotopaxi.

Emisión de gases y ceniza del volcán Cotopaxi. La fotografía fue tomada desde el sur durante el sobrevuelo provisto por las Fuerzas Armadas del día 02 de febrero de 2023 (Foto: M. Almeida).

Anexo técnico-científico

Sismicidad
Desde el mes de octubre 2022 hasta la fecha, la sismicidad muestra un incremento paulatino en el número de eventos diarios (LP, VT y VLP) y en la energía liberada (Figura 1). La mayor parte de la energía se manifiesta en forma de tremor el cual está asociado a la emisión continua de ceniza. Pese a que los valores se han ido incrementando en el tiempo, estos son bajos en comparación a la actividad más energética registrado durante el proceso eruptivo del Cotopaxi en 2015.

El martes 14 de febrero de 2023 se alcanzó los valores máximos de energía sísmica, que a nivel superficial se manifestó como emisión de ceniza de carga leve a moderada y que provocó caída de ceniza en las poblaciones más cercanas al volcán en el cantón Latacunga

Figura 1. Amplitud sísmica medido en cuentas registrado por la estación BREF. Nótese que la energía liberada se ha ido incrementando paulatinamente desde octubre 2022 hasta el presente.

Además, los eventos sísmicos localizados al interior del volcán muestran magnitudes cada vez más grandes. La serie de tiempo del promedio de dichas magnitudes se presenta en la Figura 2. Los datos más recientes (puntos azules) en la parte derecha muestran cambios significativos respecto a datos pasados (puntos rojos). Esta serie verifica que desde octubre 21 se tiene un incremento progresivo en la intensidad de tales eventos.

Figura 2. Serie de tiempo de la magnitud media de eventos localizados. Los cambios son significativos (con error menor al 5%) entre muestras azules y rojas (muestras de 30 eventos).

Deformación
Los procesos internos del volcán, como el ingreso de nuevo magma al sistema, producen el aumento de las presiones y esfuerzos al interior del edificio volcánico. Estos fenómenos se manifiestan a nivel superficial con la deformación del suelo, presentando desplazamientos, que son detectables únicamente por medio de instrumentos de alta precisión.

Para el volcán Cotopaxi, el IG-EPN realiza constantemente el procesamiento de datos de posicionamiento gracias a los instrumentos cGPS (Sistemas de Posicionamiento Global Continuos) y a los inclinómetros de alta precisión instalados en el volcán. Adicionalmente, se realiza el análisis de desplazamientos por medio de imágenes de radar satelital, procesadas con el método InSAR (Interferometría de Radar de Apertura Sintética).

La Figura 3 corresponde a un mapa de velocidades, obtenido por InSAR, en base a una compilación de imágenes de la misión Sentinel-1 de la Agencia Espacial Europea (ESA), adquiridas entre marzo de 2022 y febrero de 2023. Como resultado, en el lado occidental del volcán (elipse de color rojo en el mapa) se observan áreas representadas en colores entre naranja – rojo, indicando desplazamientos positivos con respecto a la Línea de Observación del Satélite (LOS). Este patrón se interpreta como deformación o inflación en el flanco occidental del volcán, y ha sido detectado levemente desde agosto del año anterior y se mantiene hasta la actualidad.

Figura 3. Mapa de velocidades obtenido por el método InSAR, en base a imágenes Sentinel-1 de órbita ascendente en el volcán Cotopaxi, entre marzo 2022 y febrero 2023. Las velocidades registradas se representan de acuerdo a la escala de colores que se presenta en la parte inferior derecha del mapa.

De forma similar, los datos de posicionamiento (cGPS) demuestran que se continúa registrando desplazamientos entre las bases de monitoreo (instrumentos instalados en el volcán). Estos desplazamientos forman un patrón de inflación que se inició entre julio y agosto del año anterior y que se mantiene hasta el presente.

Figura 4. Serie temporal de las posiciones relativas entre las bases cGPS del volcán Cotopaxi VC1G y MORU, ubicadas en los flancos nororiental y suroccidental, respectivamente. Cada circunferencia en color azul representa un promedio de 4 días de las posiciones relativas entre las bases. El periodo resaltado en color rojo destaca la inflación registrada durante el periodo eruptivo del año 2015. La línea segmentada en color rojo señala las explosiones del 14 de agosto de ese mismo año. Finalmente, la zona remarcada en color amarillo resalta el patrón de inflación que se viene registrando en los cGPS desde el segundo semestre del 2022 hasta febrero de 2023.

En conclusión, la deformación observada por métodos geodésicos indica que a partir del año anterior el sistema volcánico fue perturbado por el ingreso de magma. Este ingreso presenta una velocidad de baja magnitud de 8 mm/año observado por los cGPS y de 15 mm/año en la zona de mayor deformación de acuerdo con InSAR; manteniéndose estable y sin presentar hasta el momento señales de aceleración.

Nubes y caídas de cenizas
El número de emisiones de ceniza del volcán Cotopaxi se ha incrementado significativamente, especialmente para los meses de diciembre y enero (Figura 5). Mientras que en octubre se registró apenas una emisión de ceniza y en la última semana de noviembre se registraron 5, durante los meses de diciembre y enero el número de emisiones de ceniza se incrementó hasta 27 y 38, respectivamente. Como consecuencia, la tasa de emisiones de ceniza del volcán Cotopaxi sobrepasó una emisión por día durante el mes de enero. En lo que va del mes de febrero, se han registrado 13 emisiones de ceniza en 13 días, indicando un promedio de una emisión de ceniza al día. En total, desde octubre 2022 se han registrado 84 emisiones de ceniza en el volcán Cotopaxi. Sin embargo, solo tres de ellas han sido lo suficientemente grandes como para causar afectación leve en las provincias de Pichincha y Cotopaxi.

Figura 5. Número de emisiones de ceniza en el volcán Cotopaxi desde octubre del 2022. El eje izquierdo marca el total de emisiones registradas cada mes (barras grises), mientras que el derecho indica la tasa diaria (línea negra, número de emisiones del mes dividido por el número de días). Para el mes de febrero se tomaron en cuenta las emisiones registradas hasta el 13 de febrero.

En paralelo, el Centro de Avisos de Cenizas Volcánicas de Washington (W-VAAC por sus siglas en inglés) ha reportado 105 nubes de ceniza desde el 21 de octubre de 2022. Los mayores alcances fueron observados para las nubes de ceniza asociadas a la actividad del 26 de noviembre, 20 de diciembre, 26 y 30 de enero, y 10 de febrero con más de 100 km de distancia desde el volcán. Por otro lado, las alturas máximas de las nubes de ceniza (> 1.5 km sobre el cráter) fueron registradas los días 26 de noviembre, 13, 17, 19 y 30 de enero, y 1 de febrero. Debido a esta actividad se reportó caída de ceniza desde varios sectores de los cantones Latacunga, Mejía, Rumiñahui y Quito (Figura 6).

Figura 6. Proyección de las alertas W-VAAC registradas desde el 23 de noviembre 2022 hasta el 13 de febrero de 2023 con los reportes de caída de ceniza recibidos en este periodo a través del grupo de vigías del volcán Cotopaxi, el Parque Nacional Cotopaxi y de los informes de la Secretaría de Gestión de Riesgos (figuras negras). Como se observa por los colores, la mayoría de las alertas se han dado desde finales de diciembre (colores amarillos a rojizos). Además, se observa la variabilidad de la dirección de los vientos para este periodo de tiempo, dándose una distribución radial de la ceniza.

La ceniza de estas caídas fue muestreada y el material recolectado preparado para su correspondiente análisis de laboratorio. En la Figura 7 se indica la evolución de los porcentajes de los componentes que conforman la ceniza del 21 de octubre, 26 de noviembre, 20 de diciembre y 19 de enero. Los resultados muestran un continuo incremento en el aporte del material juvenil (material asociado al magma que está generando la actividad volcánica en superficie).

Figura 7. Evolución del contenido de material juvenil (material derivado del magma en erupción) en negro y accidental (material volcánico viejo) en rojo observado en las fracciones de 0.125 mm de las muestras de ceniza recolectadas mensualmente. En la parte inferior se indican unos ejemplos de material juvenil (café, negro a gris brilloso) y material accidental (opaco, oxidado).

Termografía
Durante el último sobrevuelo realizado el 2 de febrero de 2023 se obtuvieron nuevas secuencias termales del volcán. Las temperaturas obtenidas en la columna de ceniza son las más altas (52 °C) detectadas desde el inicio de la erupción el 21 de octubre de 2022. No se observaron anomalías en las grietas del glaciar, y los campos fumarólicos no han cambiado su temperatura habitual (aprox. 30 °C).

Figura 8. Izquierda: fotografía de rango visible desde el flanco sur del volcán Cotopaxi. Derecha: Imagen térmica correspondiente donde se puede observar en colores amarillos las zonas con mayor temperatura.

Desgasificación y medidas de dióxido de azufre (SO₂)
Desde octubre 2022 se observa un incremento progresivo en los valores de flujo de SO₂ diario obtenidos gracias a la red de instrumentos DOAS, los mismos que se intensificaron en diciembre (Figura 9) y disminuyen levemente desde enero 2023. Los valores altos de flujo de SO₂ y números de medidas válidas registrados desde octubre 2022 son similares a los registrados durante la erupción de 2015. Estos valores altos también son detectados por el sensor satelital TROPOMI (Sentinel-5SP). En el panel intermedio de la Figura 9 se muestra las emisiones de SO₂ medidas en la atmósfera alrededor del Cotopaxi por este instrumento satelital. Desde octubre se registra este gas en la atmósfera llegando a valores altos desde finales de noviembre hasta mediados de enero, posteriormente los valores se reducen (hasta 14 de febrero; Figura 10). Al comparar los datos de gases con las alturas máximas de las columnas de emisión se constata que la red DOAS tiene mejor detección para las columnas de menor altura, mientras que el satélite observa mejor las emisiones de SO₂ asociado a columnas más altas.

La Figura 9 también presenta el registro de las observaciones de brillo en el cráter y de anomalías termales gracias a imágenes satelitales y las cámaras visuales del IG-EPN. Estas no se han presentado desde el mes de febrero, posiblemente debido a las condiciones de nubosidad alrededor del cráter del volcán.

Figura 9. Superior: Altura de las emisiones de gas, en azul, y de ceniza, en rojo, del volcán Cotopaxi, observadas gracias a la red de cámaras visuales instaladas alrededor del volcán. Registro de brillo y anomalías termales en el cráter.

Intermedio: Masa de SO₂ registrada por el instrumento satelital TROPOMI (fuente MOUNTS). Inferior: Máximo flujo de dióxido de azufre (SO₂) diario registrado en las 4 estaciones del volcán Cotopaxi (Refugio Norte, Refugio Sur, Cami y San Joaquín). Actualizado hasta el 8 de febrero 2023.

Las imágenes de TROPOMI permiten generar un mapa de la distribución promedio de SO₂ en la atmósfera. Se ha realizado una superposición de las imágenes para un periodo mensual. En la Figura 10 se observa un incremento progresivo de la cantidad de SO₂ emitido por el volcán Cotopaxi hasta diciembre 2022 y una ligera disminución durante el mes de enero y febrero 2023 (no en la imagen). Además, se observa la emisión de SO2 para los volcanes Reventador y Sangay que también se encuentran en erupción.

Figura 10. Masa de SO₂ presente en la atmósfera sobre los volcanes Cotopaxi, Sangay y Reventador. Las imágenes representan la emisión promedio mensual (Base Google Engine Code Editor, Script: C. Laverde-SGC).

La medición de especies gaseosas mayoritarias con el equipo MultiGAS han mostrado un cambio en la tendencia de las razones (CO₂/SO₂ y SO₂ /H₂S). Dicho cambio responde a una inyección de nuevo magma, más rico en CO₂ y SO₂ en el conducto del volcán (Figura 11). Este parámetro se conjuga con la observación de mayor porcentaje de material juvenil en las muestras de ceniza, así como el aumento de la temperatura de la columna de emisión. Las especies gaseosas mayoritarias medidas por este instrumento son: agua - H₂O, dióxido de carbono - CO₂, dióxido de azufre - SO₂ y ácido sulfhídrico - H₂S.

Figura 11. Fotografía de la columna de gas medida durante el sobrevuelo del 2 de febrero de 2023, en el recuadro se puede observar los picos de los gases volcánicos (SO₂, H₂S) detectados, a partir de los cuales se obtienen las diferentes razones: CO₂/SO₂ y SO₂ /H₂S.

Interpretación de datos

En base a la información disponible, se concluye que el volcán Cotopaxi tiene una actividad eruptiva de nivel moderado. El análisis conjunto de los diferentes parámetros de vigilancia muestra que la actividad reciente del Cotopaxi está provocada por la presencia de magma en el conducto volcánico.

Los datos de vigilancia indican un incremento paulatino de la actividad superficial e interna. La superficial se caracteriza por la emisión de columnas de gases y ceniza alcanzando hasta un máximo de 3000 metros sobre el nivel de la cumbre (msnc). Los gases magmáticos, especialmente el SO₂ son abundantes en la pluma volcánica. A nivel interno, la sismicidad sigue dominada por sismos de tipo LP y VLP y episodios de tremor cada vez más energéticos; mientras que la deformación muestra una leve tendencia inflacionaria detectable en los flancos del volcán asociado al ascenso de magma nuevo reconocible en las partículas de ceniza.

Pronósticos a corto plazo de la actividad del volcán Cotopaxi
(Actualización 15/02/2023)

Nota de descargo: Los pronósticos a corto plazo se definen en función de la evolución de la actividad reciente del volcán Cotopaxi y presentan los principales fenómenos susceptibles de producirse. El grupo técnico-científico del Instituto Geofísico de la EPN actualiza periódicamente estos pronósticos para un periodo de días a semanas. En el caso de un proceso aproximadamente estacionario, no habrá cambios en los pronósticos. Los pronósticos están sujetos a cambios rápidos si se detectan anomalías en los parámetros de vigilancia volcánica. Los fenómenos naturales como las erupciones volcánicas son impredecibles en cuanto a su magnitud y evolución, por lo que los pronósticos son sólo una guía para la toma de decisiones por parte de las autoridades y del público. Los pronósticos pueden diferir de los escenarios de los mapas de amenaza volcánica en función de las condiciones actuales. El orden de los pronósticos no está basado en cálculos sino en función de las conclusiones de la evaluación de la actividad reciente del volcán.

Pronósticos a corto plazo de la actividad del volcán Cotopaxi

1. Más probable: se mantiene el nivel de actividad moderado con columnas eruptivas <4 km sobre el cráter y caídas de ceniza a nivel cantonal (principalmente Latacunga y Mejía), dependiendo de la dirección y velocidad del viento. Lahares secundarios pequeños a moderados pueden formarse por la removilización de la ceniza recién depositada debido a fuertes lluvias o derretimiento de nieve en las zonas altas del volcán. Escenario referencial en los mapas de amenazas volcánicas del Cotopaxi: escenario 1 (índice de explosividad volcánica VEI1-2); actividad histórica similar: 2015.
2. Menos probable: aumento gradual de la actividad a un nivel alto con columnas eruptivas de altura entre 4-8 km sobre el cráter y caídas de ceniza a nivel provincial (principalmente Cotopaxi, Pichincha y Napo), posibles explosiones y lahares secundarios en las inmediaciones del Parque Nacional Cotopaxi. Escenario referencial en los mapas de amenazas volcánicas del Cotopaxi: escenario 2 (índice de explosividad volcánica VEI2-3); actividad histórica similar: 1853-1854.
3. Muy poco probable: aumento rápido y significativo de la actividad interna y superficial del volcán con columnas eruptivas altas (>8 km sobre el cráter) y caídas de ceniza a nivel nacional, flujos piroclásticos y lahares primarios procedentes del derretimiento parcial del glaciar. Escenarios referenciales en los mapas de amenazas volcánicas del Cotopaxi: escenarios 3 y 4 (índice de explosividad volcánica VEI≥3); actividad histórica similar: 1877.

Elaborado por:

Francisco J. Vásconez, Marco Almeida, Anais Vásconez, Marco Yépez, Pablo Palacios, Benjamin Bernard, Silvana Hidalgo.
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional