Actualización de la actividad interna y superficial del volcán Cotopaxi

Emisión de gases del volcán Cotopaxi. Fotografía tomada desde el suroriente del volcán durante el sobrevuelo realizado el 20 de noviembre de 2022 (Foto: M. Almeida).

Resumen

La noche del 21 de octubre se registró una señal de tremor de baja frecuencia asociada a una emisión de gases y ceniza que produjo una caída moderada de este material en el flanco norte del volcán, incluido el Refugio José Rivas. Desde entonces, la emisión de gases ha sido casi continua y visible claramente, con columnas que han alcanzado hasta 2 km sobre el nivel del cráter. Los parámetros vigilados por el IG-EPN muestran que el Cotopaxi aún permanece con una actividad interna baja, marcada por una sismicidad ligeramente superior al nivel referencial desde 2015. Las estaciones cGPS presentan una posible deformación, cuya magnitud en algunas estaciones apenas sobrepasa los niveles de ruido atmosférico. En cuanto a los gases volcánicos, los valores permanecen por sobre el nivel referencial posterior a la erupción de 2015 y tienen un origen magmático. Las medidas de temperatura del cráter muestran valores similares a los posteriores a 2015.

La incertidumbre con respecto a la evolución de esta actividad es muy grande debido a la falta de señales premonitoras claras para eventos similares al ocurrido el 21 de octubre. 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. El IG-EPN se mantiene atento a cambios en las condiciones presentadas por el volcán para dar, en lo posible, información oportuna a las autoridades y la población en general.

Anexo técnico-científico

Análisis de Sismicidad
Las tasas actuales de sismicidad del volcán Cotopaxi se han caracterizado en función de las tendencias presentes en los últimos dos años y de las observadas en el mes posterior a la emisión de ceniza del 21 de octubre. Para esto, extraemos los eventos con magnitudes > 1 localizados por nuestra red entre diciembre de 2020 y la fecha actual (Figura 1A). Se observa que, en términos de localización, la mayor parte de la sismicidad se produce directamente bajo la cumbre del volcán. Sin embargo, también hay un grupo de sismos caracterizado como probables réplicas del sismo de Machachi del 27 de octubre de 2020 (06h59 T.L). Este grupo de sismos se localiza en el área entre los volcanes Pasochoa, Rumiñahui y Sincholahua, y mostró un aumento en las tasas en octubre de 2021.

En la Figura 1B y 1C, vemos que las tasas de sismicidad a largo plazo están alrededor de 1 evento por día, al promediar en una ventana de 30 días. En los meses anteriores a la emisión de octubre, la tasa mostró un aumento gradual hasta llegar a alrededor de 1,5 eventos por día. Sin embargo, en el tiempo transcurrido desde que se produjo la emisión de ceniza, los índices han vuelto a descender hasta 1.

Figura 1: A) Mapa de sismicidad (M>1.0) cerca al volcán Cotopaxi entre el 01-dic.-2020 hasta la fecha. El tamaño y color de cada punto corresponde a la magnitud y tiempo del evento. El recuadro verde corresponde a una secuencia de réplicas de un sismo principal ocurrido el 27 de octubre de 2020 en Machachi. El recuadro negro corresponde a una secuencia de VTs distales (VTd) que ocurrió en agosto de 2022. B) Media móvil de 30 días de la sismicidad representada en la Figura 1A. La flecha verde etiquetada como "Rep." corresponde a las réplicas en la caja verde en 1A. La flecha negra denominada "VTd" corresponde al recuadro negro de 1A. La línea gris discontinua vertical es el momento aproximado de la emisión de ceniza del 21 de octubre de 2022. C). Una vista ampliada de la serie temporal desde julio de 2022 hasta la fecha. La flecha negra y la línea gris vertical son las mismas de 1B.

Deformación
Para el análisis de deformación, se realizó el procesamiento de estaciones cGPS que están ubicadas en los flancos del volcán, de inclinómetros y de imágenes satelitales procesadas con el método InSAR.

En el procesamiento InSAR de imágenes Sentinel (Figura 2) no se evidencia ningún patrón de inflación en los flancos del volcán. Se observa en color azul patrones de subsidencia mayormente en los flancos occidentales.

Figura 2: Imagen InSAR de la zona del volcán Cotopaxi, Satélite Sentinel-1 de órbita descendente, actualizado hasta noviembre de 2022. La barra del lado derecho muestra que las zonas azules están asociadas con “deflación” en el flanco occidental del cono. La velocidad del cambio en los flancos ha sido negativa.

En la Figura 3 se ha comparado las posiciones diarias entre las estaciones de cGPS VC1G (flanco nororiental) y MORU (flanco suroccidental). Entre los meses de agosto y noviembre, se observa un pequeño desplazamiento entre las estaciones (periodo resaltado en color rojo), el cual coincide con el aumento de la actividad superficial. El aparente desplazamiento tendría una magnitud menor a los 5 milímetros encontrándose levemente por encima de los niveles de ruido atmosférico que caracterizan a esta técnica. Sin embargo, de momento no es posible afirmar de manera enfática que la señal observada corresponda a una deformación del edificio volcánico causada por la actividad que actualmente mantiene el volcán.

Figura 3.- Gráfico de las posiciones relativas diarias entre dos estaciones cGPS del volcán Cotopaxi. El periodo resaltado en color amarillo corresponde a la inflación observada durante la actividad en el año 2015, mientras que el periodo resaltado en rojo corresponde a una posible anomalía y que coincide con el incremento de la actividad superficial durante las últimas semanas.

El inclinómetro del Refugio continúa presentando hasta la actualidad únicamente el patrón cíclico que responde a las variaciones anuales del clima (Figura 4).

Figura 4.- Serie temporal del inclínómetro instalado en las cercanías del Refugio del Volcán Cotopaxi.

Columnas de emisión de gases
Durante las últimas semanas, las columnas de emisión de gas del volcán Cotopaxi han alcanzado alturas de hasta 2 km sobre el nivel del cráter (snc). Este incremento ha sido relevante dado que desde el año 2021, la altura de las columnas tenía un valor promedio
0.2 km (200 m) snc, y eventualmente alcanzaba los 0.8 km snc (Fig. 5).

Figura 5. Figura de la evolución temporal de las alturas de las columnas de emisión de gas en el volcán Cotopaxi desde enero de 2022 hasta el presente. Note el incremento en las alturas de las columnas de emisión desde octubre de 2022. (Elaborado por: FJ. Vásconez).

Este cambio se ha observado desde el 17 de octubre 2022, siendo el valor máximo registrado, de 2km, el 19 de noviembre. Estas observaciones se las realizan gracias a las cámaras de vigilancia visual instaladas en los volcanes Sincholagua (al nororiente) y Rumiñahui (al noroccidente) del volcán Cotopaxi (Fig. 6). Las columnas de altura mayor a 1.8 km han sido reportadas a través de informativos IG Al Instante.

Figura 6. Izquierda: Fotografía e ilustración de la altura de la columna de emisión del 18 de noviembre, observada en la cámara del volcán Sincholagua, ubicada al nororiente del volcán Cotopaxi. Derecha: Fotografía e ilustración de la altura de la columna observada el 19 de noviembre a través de la cámara de vigilancia del volcán Rumiñahui, ubicada al noroccidente del volcán Cotopaxi.

Estas alturas elevadas y la persistencia de la emisión no han sido observadas desde el final del periodo eruptivo del volcán en 2015.

Desgasificación y medidas de dióxido de azufre (SO₂)
Tras el episodio del 21 de octubre, el volcán Cotopaxi continúa con la emanación de gases volcánicos (por ejemplo, SO₂: dióxido de azufre, CO₂: dióxido de carbono H₂S: ácido sulfhídrico) y vapor de agua.

La red de estaciones permanentes DOAS del IGEPN es capaz de medir los flujos de SO₂. Desde fines de octubre los valores de flujo y el número de medidas válidas se han incrementado mostrando, por un lado, una mayor concentración de SO₂ emitido por el volcán y además una emisión más continua en el tiempo (Fig. 7).

Figura 7. Superior: Masa de dióxido de azufre (SO₂) observada a partir de la integral de las 4 estaciones del volcán Cotopaxi (Refugio Norte, Refugio Sur, Cami y San Joaquín) entre enero y noviembre de 2022. Inferior: Número de medidas válidas detectadas por la red DOAS entre enero y noviembre de 2022. Note el incremento en la tendencia de las medias móviles por estación a partir de mediados de octubre de 2022 (Elaborado por: J. Battaglia CNRS-LMV-UCA / M. Almeida IGEPN).

Adicionalmente, durante el mes de noviembre el sensor TROPOMI del satélite Sentinel- 5SP ha detectado estas emisiones del gas en la atmósfera, con anomalías puntuales sobre el volcán, incluso más grandes que las anomalías observadas en el volcán El Reventador que está en actividad continua desde 2002 (Fig. 8).

Figura 8. Masa de SO2 presente en la atmósfera sobre el volcán Cotopaxi. Los datos son obtenidos en un intervalo de tiempo de 24 horas, por ende, no constituyen un parámetro obtenido a tiempo real. Para el contexto de la presente figura se tomó en cuenta un intervalo de tiempo desde el 01 al 21 de noviembre de 2022 (Base Google Engine Code Editor, Script: C. Laverde-SGC. Elaborado por: M. Almeida).

Debido a la tendencia ascendente de la actividad superficial del volcán Cotopaxi, éste ha sido incluido en el sistema de vigilancia volcánica multiparamétrica MOUNTS (http://mounts-project.com/timeseries/352050). Esta plataforma utiliza los datos proporcionados por los satélites para realizar estimaciones cuantitativas de la masa de SO₂ presente en la atmósfera. Para el caso de Cotopaxi, estos datos llegan de forma diaria y son compilados en un gráfico para analizar su evolución. En la figura 9 se puede observar la tendencia ascendente reportada por los sistemas satelitales entre octubre y noviembre de 2022.

Figura 9. Masa de SO₂ registrada por el portal MOUNTS. (Base: Mounts, Elaborado por: FJ. Vásconez). PBL=Planetary boundary layer. Mov. Avg= media móvil.

Finalmente, durante el último sobrevuelo llevado a cabo el 20 de noviembre, se utilizó dos equipos multigas (IG-EPN y USGS-VDAP) en paralelo. El equipo multiGAS permitió medir las concentraciones de CO₂, SO₂ y H₂S en la pluma de gas volcánico y las razones CO₂/SO₂ y SO₂/H₂S (Fig. 10). Como resultado, las razones obtenidas de SO2/H2S están alrededor de 5, mientras que las de CO₂/SO₂ están alrededor de 1.5. Estos valores siguen mostrando que hay un origen magmático superficial para el gas emitido por el volcán Cotopaxi. La emisión de vapor de agua y otros gases volcánicos como el CO₂, SO₂ y H₂S, se visualiza continuamente en los últimos días indicando un incremento con respecto a lo observado en los meses pasados.

Figura 10. Fotografía de la columna de gas medida durante el sobrevuelo del 20 de noviembre, en el recuadro se puede observar los picos de los gases volcánicos (CO₂, SO₂) detectados cada vez que la aeronave atraviesa la pluma (Foto: S. Hidalgo – IG EPN).

Vigilancia Térmica
Mediante el sobrevuelo de vigilancia térmica del 20 de noviembre, se constató que los campos fumarólicos mantienen valores de temperaturas máximas aparentes (TMA) similares a los de años anteriores (post 2015) y al sobrevuelo del 27 de octubre 2022. Estos corresponden a Yanasacha, Fumarolas Flanco Este, Fumarolas Flanco Sur, Fumarolas Flanco Oeste con valores de 12, 22, 37 y 10°C respectivamente (Fig. 11). En algunos sectores se pudo observar fumarolas activas de baja intensidad. Adicionalmente, se pudo constatar que las paredes interiores inmediatas del cráter presentan campos fumarólicos continuos con valores que varían entre 10 y 22°C (Fig. 11). Por otro lado, debido a la fuerte emisión de gases no ha sido posible estimar con confiabilidad los valores de temperatura de la base del cráter en ninguno de los dos recientes sobrevuelos (Fig. 12). Respecto a la morfología, entre la emisión de gases se ha podido evidenciar una morfología regular horizontal, lo que podría representar la base del cráter, la cual ya fue observada en marzo del 2018. Las temperaturas máximas aparentes registradas para esta zona alcanzan los 98°C, sin embargo, son valores subestimados debido a la abundante presencia de gases.

Figura 11. Imágenes térmicas del 20 de noviembre 2022 de los campos fumarólicos del volcán Cotopaxi presentes al exterior e interior del borde del cráter.

Figura 12. Imágenes térmicas del cráter del volcán Cotopaxi para el 27 de octubre y 20 de noviembre del 2022, indicando entre la emisión de gases las paredes del conducto y la base del cráter.

Interpretación de datos
Luego del pequeño episodio eruptivo del 21 de octubre (VEI inferior a 1), 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. Sin embargo, desde 2015 y hasta la actualidad no hay evidencia de un nuevo ingreso de magma hacia el sistema. A pesar de que los eventos de este último mes definen una tendencia ascendente para la actividad superficial del Cotopaxi, su actividad interna no muestra un cambio significativo. La sismicidad sigue estando dominada por pequeños sismos de tipo LP y por ahora no hay deformación detectable en los flancos del volcán. Los gases medidos indican la desgasificación de un magma superficial que no ha recibido un aporte de magma nuevo rico en gases. En este sentido es importante mantener la vigilancia de todos estos parámetros con el fin de identificar oportunamente el acenso de nuevo magma que podría generar una mayor actividad superficial, incluyendo explosiones y emisiones de ceniza.

Escenarios eruptivos
En base a los parámetros de vigilancia volcánica se propone dos escenarios principales, en orden de probabilidad:

1. La emisión de ceniza del 21 de octubre de 2022 correspondería a un evento aislado, similar a otros menores durante estos últimos 7 años, por ejemplo, el del 27/11/2021. Este tipo de eventos puede repetirse en el corto y mediano plazo (días a semanas), sin mostrar signos precursores. En este escenario no se esperaría actividad superficial mayor a corto plazo.
2. La emisión de ceniza del 21 de octubre de 2022 correspondería al inicio de un periodo eruptivo, relativamente equivalente a la actividad del 14/08/2015, aunque al momento no existen evidencias que sugieran esta evolución. Además, la incertidumbre es demasiado alta para estimar el tamaño de este posible periodo eruptivo, así como la velocidad de los cambios que el volcán podría experimentar. Es importante destacar que la presencia del magma en el conducto y la desgasificación indican un sistema abierto. Bajo estas condiciones los signos premonitores de eventos eruptivos son muy sutiles e incluso inexistentes, limitando la anticipación o pronóstico de eventos mayores.

Estos escenarios podrán ser cambiados de acuerdo a la evolución de los parámetros que se vigila en el volcán.

El IG-EPN se mantiene pendiente de lo que pasa en el volcán, basado en la experiencia de las erupciones pasadas (Pichincha, Tungurahua, Cotopaxi) y presentes (Reventador, Sangay).

Agradecimientos
El Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional agradece a todas las instituciones que colaboraron para la realización de este sobrevuelo: Presidencia de la República del Ecuador, Ministerio de Defensa, Servicio Nacional de Gestión de Riesgos y Emergencias, Fuerza Aérea Ecuatoriana, Gobernación de Cotopaxi. Y la cooperación permanente del USGS (Servicio Geológico de Estados Unidos), Programa de Asistencia para Desastres Volcánicos (VDAP), el Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), la Universidad Clermont-Auvergne (UCA), el Laboratorio Magmas y Volcanes (LMV) y el Instituto de Investigación para el Desarrollo (IRD).

Elaborado por: M. Almeida Vaca, S. Hidalgo, FJ. Vásconez, S. Vallejo Vargas, S. Hernández, M. Yepez, D. Andrade.
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional