Viernes, 23 Marzo 2018 12:04

Informe Especial Volcán Sierra Negra Nº 3 - 2018

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Actualizado del estado de agitación interna y posibles escenarios eruptivos

Resumen

El volcán Sierra Negra está ubicado en la isla Isabela (Galápagos), desde mediados del año pasado registra un claro incremento en su actividad interna caracterizado por: 1) aumento de la sismicidad, así como la generación de sismos de mayor magnitud, algunos de ellos sentidos por la población, (hasta 4.5 Ml) y ubicados dentro del volcán, 2) la persistencia de una elevada tasa de levantamiento del piso de su caldera, que ya va con varios centímetros.  Este estas anomalías se interpretan como un estado de agitación interna asociado a una intrusión de magma en el interior del volcán, a profundidades relativamente superficiales (pocos kilómetros bajo la caldera).  Por el momento no se ha recibido reportes de fenómenos anómalos observados en superficie. En base a la naturaleza de la agitación es posible la ocurrencia de una erupción, sin embargo, hasta la publicación de este informe, no se observa una aceleración del proceso lo que indica que podría demorarse semanas hasta meses. Al final del informe se detallan los diferentes escenarios eruptivos posible (localización y tamaño) para Sierra Negra. Al momento, en caso de tener una nueva erupción, el escenario más probable es una erupción de tamaño moderado en el sector de Volcán Chico.

Introducción

Sierra Negra es uno de los volcanes más grandes de las islas Galápagos y posee una caldera ovalada, que mide 9 km en sentido este-oeste y 7 km en sentido norte sur (Fig. 1). Este volcán ha producido al menos 10 erupciones en la época histórica, con un periodo de reposo promedio de 15 años entre cada episodio eruptivo.  Sus dos últimas erupciones tuvieron lugar en los años 1979 y 2005 (Fig. 1).

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Figura 1. La caldera de Sierra Negra con la ubicación de las fisuras eruptivas del año 2005 (línea blanca entrecortada al norte de la caldera). También se muestra la zona que fue cubierta por las lavas en 2005 (zona naranja, tomada de Geist et al., 2005).


 

Actividad sísmica

Desde que se publicó el Informe Especial N.- 2, (22 de enero, 2018) se ha continuado observando altos niveles de la actividad sísmica en el volcán Sierra Negra, llegando en las últimas semanas y días incluso a presentar picos de más de 75 sismos diarios (Fig. 2).

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Figura 2. Número de sismos diarios registrados en el volcán Sierra Negra desde 2015.


La mayoría de los sismos son de tipo Volcano Tectónicos (VT), los cuales están asociados al movimiento de fracturas a causa de esfuerzos asociados al magma del volcán. También se observan sismos de largo periodo (LP), en menor cantidad, los cuales se generan por resonancias o vibraciones de fluidos volcánicos en grietas bajo el volcán. También se observan eventos menores que combinan los mecanismos de ruptura de los sismos Volcano Tectónicos y la resonancia de los sismos de Largo Periodo. Denominados sismos híbridos (HB), que aparecen en poca cantidad.

La mayoría de estos eventos han sido localizados en el interior de la caldera (Fig. 3), con pocos eventos ubicados en los flancos superiores del volcán.

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Figura 3. Ubicaciones de sismos ocurridos en Galápagos desde enero de 2018. Los tipos de sismos están señalados con colores diferentes, HB= híbrido, LP= largo periodo, ND= no determinado, VT= volcano tectónico. Nótese la gran acumulación de eventos en la zona del volcán Sierra Negra.


 

Catorce eventos superan la magnitud 3.0 desde el 1 de enero del 2018 (tabla 1). Los más importantes se indican a continuación.

 

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Tabla 1. Parámetros sísmicos de los 14 eventos con magnitud mayor a 3.0 registrados en el volcán Sierra Negra desde el 1 de enero del 2018.


 

18 enero 22h28 TU (16h28 tiempo local de Galápagos):  Este sismo tuvo una magnitud de 4.4 y una profundidad focal muy superficial (menos de 1 km).  El epicentro se localizó cerca del borde sur de la caldera. El espectro tiene una frecuencia de 3 Hz en la estación más cercana al epicentro (VCH1) por lo que se considera como un sismo LP.

 

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Figura 4. Registros del sismo del 22 de enero en las estaciones VCH1, PVIL y FER2 de la red de monitoreo sísmico del Instituto Geofísico.


 

27 de febrero 20h28 TU (14 h28 tiempo local de Galápagos):  Este sismo tuvo una magnitud 4.1. También presenta características de un tipo LP, es decir generados por resonancia de fluidos en grietas o conductos ya que la mayoría de su energía se presenta en frecuencias menores a 4 Hz. Su profundidad focal es muy superficial, es decir menos de 1 km.

 

14 marzo 14h41 TU (08h41 tiempo local):  Este sismo es el más grande registrado en Sierra Negra ya que su magnitud es 4.6.  Su profundidad focal es 0.3 km, lo que le califica como muy somera.  Se pudo identificar también la componente de infrasonido, que, al comparar con la señal sísmica, sugiere que los cambios de presión son inducidos por el movimiento vertical del terreno. Es importante señalar que este sismo ha sido clasificado como LP. También se debe señalar que este sismo presenta un componente secundario de muy baja frecuencia que se interpreta como movimiento de un fluido viscoso.

 

Deformación

La deformación de la superficie ocurrida en el volcán Sierra Negra ha sido detectada mediante interferometría satelital de radar (InSAR), gracias a la cooperación con la Escuela de Ciencias Atmosféricas y Marinas (RSMAS) de la Universidad de Miami. Las medidas obtenidas muestran una rápida inflación (levantamiento) del piso de la caldera del volcán Sierra Negra. Para inicios de enero 2018 la deformación acumulada ya había superado a la deformación que se observó antes de la erupción del 2005.  El promedio de la tasa de deformación es de 15.01 cm/mes desde enero del 2018 (Fig. 5).

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Figura 5. Los puntos azules representan el levantamiento del piso de la caldera acumulado desde inicios de 2015. Se puede notar que la tendencia de inflación se mantiene, y por tanto el levantamiento de suelo de la caldera.


La distribución de esta deformación en superficie se concentra en la caldera del Sierra Negra tal como se observa en la figura 6.

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Figura 6. Resultados de análisis InSAR en la zona del volcán Sierra Negra, en color rojo, está la zona que tiene el mayor levantamiento y que está ubicada en el piso de la caldera de este volcán.


 

Monitoreo Geoquímico

Entre el 6 y 9 de febrero de 2018, técnicos del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional tomaron medidas para el monitoreo geoquímico del volcán Sierra Negra en la zona de Minas de Azufre (Fig. 7), con el apoyo logístico del Ministerio del Ambiente y del Parque Nacional Galápagos (ver baner en la página web del Instituto Geofísico, www.igepn.edu.ec).

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Figura 7. Panorámica del campo fumarólico del sector Azufral en el sur de la caldera del volcán Sierra Negra. (06-02-2018, M Almeida – IGEPN).


Durante la visita se observó una actividad superficial moderada en todos los campos, con columnas de emisión que alcanzaron algunos metros (~ 20 m) sobre su centro de emisión. Se realizó medidas con multigas con el fin de cuantificar las razones de CO2/SO2 y SO2/H2S. Se realizó travesías con mobile-DOAS con el fin de obtener el flujo de SO2 liberado por el campo fumarólico. Adicionalmente se midió las temperaturas en diferentes puntos de las zonas fumarólicas. Los resultados de esta campaña demuestran que, a nivel geoquímico, al menos en lo que se refiere a esta manifestación hidrotermal, no hay cambios con respecto a las medidas tomadas en mayo 2014 y septiembre 2017.

 

Monitoreo gravimétrico

Del 16 al 27 de febrero una comisión del Instituto Geofísico conformada por la Dra. Elizabeth Gaunt y el Ing. Francisco Mejía junto a la Fis. Antonina Calahorrano de la Universidad Simon Fraser de Canadá, realizaron medidas de aceleración de la gravedad en varios sitios de Sierra Negra, especialmente en el interior de la caldera y establecieron nuevas estaciones en los flancos E, W, y SE de la Caldera, así como una estación de referencia en Puerto Villamil. Un análisis cuidadoso de las medidas de gravimetría permitirá tener una evidencia directa del ingreso de volúmenes de magma en el interior del volcán. Además, se compararán los valores obtenidos este año con otros medidos en el 2001, 2002, 2005, 2006 y 2007 y que fueran reportados en el artículo científico “4D gravity changes associated with the 2005 eruption of Sierra Negra volcano, Galápagos” escrito por Vigouroux y colaboradores en el 2008 en la revista científica Geophysics.

El equipo utilizado por el IG-EPN es un micro-gravímetro marca Scintrex, Modelo CG-5. Dicho equipo es un gravímetro relativo, por lo cual no detalla valores absolutos del campo gravitacional, pero permite calcular diferencias entre distintos puntos. Tales diferencias son las que son comparables en el tiempo, y que en caso de existir una variación en la masa debajo de la superficie de la caldera, aumentarán o disminuirán en comparación con las medidas originales en la estación de referencia ubicada fuera del volcán, que garantiza que esta no sufre cambios. Esto permite establecer el cambio gravimétrico en la zona del volcán.

Las estaciones de recolección de datos se visualizan en la fig. 8. Las estaciones SN09, SN12, SN15 (Fig. 8), SN21 y SN24 fueron establecidas por Geist et al., 2006 y Geist et al., 2008.  El resto de estaciones fueron establecidas en el presente trabajo. En la fig. 9 se observa un punto de medida en el borde de la caldera.

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Figura 8. Mapa preliminar de estaciones microgravimétricas ocupadas en la presente comisión.


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Figura 9.  Medidas de gravedad relativa en el borde norte de la caldera de Sierra Negra.


 

Otras observaciones

El 11 de marzo a las 21h08 (GMT) o 15h08 (tiempo local de Galápagos), se registró un sismo de magnitud 5.0 con epicentro en el borde oriental de la isla Fernandina y una profundidad focal de 20 km (Fig. 10).  Este sismo estuvo acompañado de pocas réplicas en las siguientes 24 horas.  Este sismo no presenta una relación directa con el volcán Sierra Negra, al encontrarse a más de 50 km del volcán.

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Figura 10.  Ubicación epicentral del sismo del 11 de marzo, en el borde oriental de la isla Fernandina. Epicentro: 0.40°S – 91.39°W, Profundidad: 20.2 km.


 

Interpretación

El aumento reciente en el número y magnitud de los sismos registrados, así como localización en la zona de la caldera, sumado al levantamiento acelerado del piso de la misma, se interpretan como asociadas a la ocurrencia de una intrusión de magma que se estaría acumulando al interior del volcán. Igualmente, el nivel de agitación interna registrado implica que aún es posible que este volcán llegue a entrar en erupción, sin embargo, la ausencia de una aceleración fuerte de los parámetros de monitoreo indica que el proceso podría demorarse semanas a meses.

 

Escenarios

En base a los datos históricos y geológicos de las erupciones del volcán Sierra Negra se deben considerar varios escenarios para una posible erupción. En el caso de este tipo de volcanes las erupciones se caracterizan por ser principalmente de tipo hawaiano, que se originan a partir de fisuras circunferenciales (paralelas a la caldera) o radiales (perpendiculares a la caldera). En caso de producirse una erupción en el volcán Sierra Negra, los siguientes escenarios se consideran posibles:

 

1.    Localización

  • a.    Caldera, flancos nororiental y noroccidental
    Históricamente la Caldera y los flancos nororiental y noroccidental (color rojo en la figura 11) han sido los únicos afectados por flujos de lava. En esta zona se encuentra Volcán Chico y la fisura de la erupción de 2005. Es la zona que tiene la mayor probabilidad de tener una nueva erupción. La zona en roja está alejada de todos los asentamientos humanos en la isla.
  • b.    Flancos norte y nororiental, extremo oriental y Cerro Pelado
    Según las investigaciones de Reynolds et al. (1995) las zonas de los flancos norte y nororiental, el extremo oriental y el Cerro Pelado (color naranja en la figura 11) han sido activas en los últimos mil años. En consecuencia, estas zonas podrían tener una nueva erupción, pero con menor probabilidad que la zona roja. La erupción del Cerro Pelado, ocurrida entre 200 y 1000 años antes del presente, es importante ya que se encuentra cerca de la ciudad de Puerto Villamil.
  • c.    Flanco oriental
    La zona en amarillo en la figura 11 ha tenido erupciones entre 1000 y 2000 años antes del presente lo que indica que podría tener una nueva erupción. Sin embargo, la probabilidad de ocurrencia es menor que para las zonas roja y naranja. El extremo sur de la zona amarilla se encuentra cerca de la ciudad de Puerto Villamil.
  • d.    Flancos sur y suroccidente
    Esta zona de color verde en la figura 11 no ha tenido erupción en los últimos 2000 años. En consecuencia, la probabilidad de una erupción en esta zona es muy poco probable. Sin embargo, esta zona es de mayor importancia ya que incluye todos los asentamientos humanos como la ciudad de Puerto Villamil, las zonas agrícolas y turísticas.

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Figura 11. Mapa geológico simplificado de Sierra Negra con los campos de lava de diferentes colores en función de su edad relativa (modificado de Reynolds et al., 1995).


 

2.    Tamaño de la erupción

  • a.    Erupción moderada
    Este caso es similar a la erupción de Sierra Negra en 2005, Cerro Azul en 2008 o Wolf en 2017, que emitieron entre 40 y 150 millones de m³ de lava y pueden cubrir entre 10 y 20 km2. La erupción inicia con una fuerte emisión de vapor, gases y ceniza, los cuales podrían formar una nube que suba hasta 10-15 km y luego sea transportada por el viento. Las caídas de ceniza y escoria cerca de la fisura pueden ser importantes, pero no afectaría zonas lejanas (>10 km). Además, se formarían una o varias fracturas desde las cuales se emitirían flujos de lava vigorosos y fluidos que podrían provocar incendios. Excepcionalmente los flujos de lava alcanzarían el mar, o también podrían derramarse al interior de la caldera, dependiendo de la ubicación precisa de las fracturas. La erupción podría durar de unas semanas. En caso de ocurrir una erupción, este escenario se considera como el más probable debido a la alta tasa de deformación del volcán, que sobrepasó los valores medidos antes de la erupción de 2005, y al tamaño de los sismos registrados en la zona.
  • b.    Erupción pequeña
    Este caso es similar a las últimas erupciones de Fernandina (2005, 2009, 2017) que emitieron entre 10 y 30 millones de m³ de lava y cubrieron entre 5 y 10 km2. La erupción inicia con pequeñas explosiones que forman una columna de gas y ceniza que puede alcanzar hasta 10 km y luego sea transportada por el viento. Sin embargo, generalmente no hay suficiente ceniza como para producir algún daño en los alrededores de las fisuras. La erupción podría durar hasta un mes, pero típicamente menos de 2 semanas. Este escenario es el más frecuente en Galápagos. Sin embargo, debido a los parámetros de monitoreo, se considera menos probable que el escenario moderado descrito previamente en el ítem a.
  • c.    Erupción grande
    Este caso es similar a la erupción de 1979 que emitió cerca de 900 millones de m³ de lava y cubrió entre 250-300 km2. La erupción inicia con una fuerte emisión de vapor, gases y ceniza, los que podrían formar una nube que suba hasta más de 15 km. Se formarían una o varias fracturas, desde las cuales se emitirían flujos de lava muy vigorosos y fluidos. Los flujos alcanzarían rápidamente el mar, o también podrían derramarse al interior de la caldera, dependiendo de la ubicación precisa de las fracturas. La erupción podría durar hasta dos meses. En caso de ocurrir una erupción, este escenario se considera como el menos probable, tanto por razones históricas (escenario menos frecuente) como considerando los parámetros de monitoreo.


Recomendaciones

En vista de que la presente anomalía podría acelerarse y eventualmente desembocar en una erupción, se recomienda a las autoridades correspondientes tomen las acciones necesarias para informar y capacitar a los habitantes y a los visitantes de Sierra Negra. También, debido a la mayor probabilidad de una erupción en el sector de Volcán Chico (Figura 11) y en el flanco noroccidente (zona roja en la figura 6), se recomienda manejar adecuadamente el acceso a dichas áreas mientras se mantengan las condiciones actuales de actividad interna. Adicionalmente se recomienda mantener el monitoreo volcánico en Sierra Negra.

 

Elaborado por:
MR, SH, SA, EG, BB, PR
Instituto geofíaisdo
Escuela Politécnica Nacional