Volcanes - Instituto Geofísico - EPN

Volcanes (277)

Los volcanes activos son observados a través de diversas tecnologías.

Incremento progresivo en la actividad superficial e interna del volcán Cotopaxi

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-005
Emisión de gases del volcán Cotopaxi tomada durante el sobrevuelo provisto por las Fuer-zas Armadas el 19 de diciembre de 2022 (Foto: M. Almeida).


Resumen
El día 21 de octubre a las 19h44 TL, las estaciones sísmicas instaladas en los flancos del volcán Cotopaxi registraron una señal sísmica de tremor de frecuencia de 2-8 Hz, larga duración y pequeña amplitud. Esta señal estuvo acompañada por la emisión de gases y ceniza, produciendo una caída moderada de este material en el Refugio José Ribas. Desde entonces se han generado dos caídas de ceniza con mayor alcance, afectando hasta 60 km de distancia con respecto al volcán. Estos eventos de mayor alcance ocurrieron los días 26 de noviembre y 20 de diciembre del año en curso. Las nubes de ceniza alcanzaron hasta 2.2 km sobre el nivel del cráter y se han dirigido principalmente hacia el nor-noroccidente por lo que se tuvo reportes de caídas de ceniza en los cantones Mejía, Rumiñahui y Quito. Además, se observa la emisión casi continua de gases desde el cráter del volcán alcan-zando una altura variable entre 200 y 2800 m. Los parámetros de sismicidad y deforma-ción se mantienen en niveles moderados mientras que la desgasificación es intensa, tanto la registrada por la red de sensores permanentes en tierra del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional como por los instrumentos satelitales. Adicionalmente, ins-trumentos satelitales han detectado anomalías termales en el cráter del volcán que cada vez son más frecuentes (última anomalía 22 de diciembre 2022).

Esta reactivación volcánica tiene un origen magmático evidenciado por las grandes canti-dades 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 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 signos precursores; pero sin llegar a los niveles observados en la erupción de 2015. 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 información oportuna a las autoridades y la población en general.

 

Anexo técnico-científico

Sismicidad
Desde el mes de octubre hasta la fecha, la sismicidad muestra un incremento en el núme-ro de eventos diarios del tipo LP (largo período; asociados al movimiento de fluidos; Figu-ra 1) y el registro de sismos de tipo VLP (muy largo periodo).

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Figura 1. Gráfico de barras mostrando el número diario de eventos sísmicos registrados en el volcán Cotopaxi entre los años 1996 y 2022. El tipo de evento está identificado por color (véase la leyenda). Nótese el incremen-to de sismos de tipo LP desde octubre 2022 (barras moradas).


Desde el 21 de octubre se ha registrado un total de 27 emisiones de ceniza, las cuales han tenido asociadas señales de tremor (2-8 Hz). Dos de estas emisiones han provocado caídas de ceniza a nivel provincial, el 26 de noviembre y el 20 de diciembre.

La amplitud (cuentas/energía) de los tremores sísmicos relacionados con estas dos emi-siones de ceniza son menores en comparación a los episodios registrados durante el pro-ceso eruptivo de 2015.

El martes 20 de diciembre de 2022, las estaciones sísmicas del volcán Cotopaxi registra-ron una señal de tremor de emisión de ceniza, desde las 00h21 TL, misma que fue confir-mada por las imágenes satelitales de GOES-16 y reportado en el IG AL INSTANTE VOLCÁN COTOPAXI No. 2022-031. Esta señal sísmica se mantuvo por 5 horas. El tremor inició de manera progresiva y alcanzó un valor máximo de amplitud a las 02h17 TL (Figura 2). Pos-teriormente, se observó un descenso paulatino en la amplitud sísmica hasta aproximada-mente las 05h15 TL. Este episodio de emisión de ceniza fue diferente al tremor registrado el 26 de noviembre de 2022 el cual inició y finalizó de forma abrupta (Figura 3).

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Figura 2. RSAM (en cuentas) de las estaciones del Volcán Cotopaxi en las frecuencias 2-8 Hz corres-pondientes a la emisión de ceniza registrada en la madrugada del martes 20 de diciembre de 2022. El RSAM es una medida de la amplitud de la señal sísmica.


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Figura 3. RSAM (en cuentas) de las estaciones del Volcán Cotopaxi en las frecuencias 2-8 Hz. Correspondientes a la emisión de ceniza registrada en la madrugada del sábado 26 de noviembre de 2022.


La Figura 4 muestra el tremor de emisión con las formas de onda en tres estaciones (BREF, VC2 y BTAM) y sus correspondientes espectros. La coincidencia en la frecuencia corresponde a un pico espectral máximo de 3.97 Hz. Lo que indica que la señal corres-ponde a un proceso de la fuente y que la presencia de picos secundarios debe ser atribui-da a procesos que ocurren durante el camino por el que atraviesa la señal sísmica.

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Figura 4. Formas de onda del tremor de emisión detectados en tres estaciones sísmicas durante el evento del 20 de diciembre del 2022. Izq. Formas de onda en color rojo. Der. Espectros de onda en color azul.


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

Para el análisis de deformación, se realiza el procesamiento interferométrico de imáge-nes de Radar de Apertura Sintética (InSAR), de la constelación de satélites de Sentinel-1 de la Agencia Espacial Europea (ESA). Se procesaron las órbitas ascendentes y descenden-tes utilizando datos del portal LiCSAR (https://comet.nerc.ac.uk/comet-lics-portal/) y la serie temporal con el software LiCSBAS (Morishita et al., 2020).

La Figura 5 muestra el mapa de deformación acumulada en los componentes vertical y horizontal de la zona del volcán Cotopaxi. El periodo de análisis es desde el 1 de enero del 2019 hasta el 11 de diciembre del 2022. Los resultados muestran una tendencia de de-formación positiva en el componente horizontal al nororiente del volcán, mientras que en el componente vertical no se observan mayores cambios. Este procesamiento se realizó en la Universidad de Leeds (Reino Unido) que mantiene estrecha cooperación con el Insti-tuto Geofísico.

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Figura 5. Mapa de los componentes vertical y horizontal de deformación acumulada obtenida por el método InSAR, en base a imágenes Sentinel-1 de órbita descendente y ascendente en el volcán Cotopaxi, entre el 01 de enero del 2019 y el 11 de diciembre del 2022.


Adicionalmente, la variación relativa de las posiciones diarias registradas por la red de bases cGPS (continuos global positioning system) del volcán Cotopaxi (Figura 6) muestran una tendencia ligeramente ascendente que inicia entre julio y agosto 2022 y que se man-tiene hasta la actualidad (área remarcada en color amarillo). Esta tendencia indica que las bases geodésicas están distanciándose progresivamente. Por la ubicación de las bases (en el flanco nororiental y suroccidental, respectivamente), el incremento de la distancia entre estas estaciones fijas implica un aumento milimétrico en el diámetro del edificio volcánico, el cual responde a un patrón radial de deformación denominado “inflación”, cuya velocidad media es de aproximadamente 8 mm/año. Los patrones de deformación registrados por los cGPS son similares a los obtenidos por el método InSAR.

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Figura 6. 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 repre-senta un promedio de 4 días de las posiciones relativas entre bases. La zona resaltada en color rojo indica 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 durante el segundo semestre del 2022.


Nubes y caídas de cenizas
Como se puede observar en la Figura 7, el número de emisiones de ceniza del volcán Co-topaxi se ha incrementado significativamente en los últimos dos meses. Mientras que en octubre se registró apenas una emisión de ceniza, en la última semana de noviembre el número subió a 5, y durante el mes de diciembre se incrementó hasta 22 emisiones de ceniza. Como consecuencia, la tasa diaria de emisiones de ceniza es de 0.96, indicando que en promedio hay una emisión de ceniza al día en el volcán Cotopaxi. Sin embargo, solo dos de ellas han sido lo suficientemente grandes como para causar afectación leve en la población.

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Figura 7. Número de emisiones de ceniza en el volcán Cotopaxi desde septiembre 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 diciembre se toma-ron en cuenta las emisiones registradas hasta hoy, 23 de diciembre.


En paralelo, el Centro de Avisos de Cenizas Volcánicas de Washington (W-VAAC por sus siglas en inglés) ha reportado varias nubes de ceniza desde el 21 de octubre. Los mayores alcances fueron observados para las nubes de ceniza asociadas a la actividad del 26 de noviembre y 20 de diciembre con 60 km de distancia en dirección nor-noroccidente. Las alturas de estas dos fueron de 2.2 km y 1.5 km sobre el nivel del cráter, respectivamente. Debido a esta actividad se reportó caída de ceniza desde varios sectores de los cantones Mejía, Rumiñahui y Quito (Figura 8).

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Figura 8. Proyección de las alertas W-VAAC registradas desde el 21 de octubre hasta el 23 de diciembre de 2022 con los reportes de caída de ceniza recibidos en este periodo a través del grupo de monitoreo del IG-EPN y de los informes del SNGRE (imágenes de personas). Como se observa por los colores, la mayoría de las alertas se han dado desde finales de noviembre (colores amarillos a rojizos). Además, se observa la variabilidad de la dirección de los vientos para este periodo de tiempo.


La ceniza de estas caídas fue muestreada y el material recolectado preparado para su correspondiente análisis de laboratorio. En la Figura 9A se indica la evolución de los por-centajes de los componentes que conforman la ceniza de la primera caída que ocurrió el 21 de octubre y de la segunda del 26 de noviembre. Los resultados muestran un ligero incremento en el aporte del material juvenil (material asociado al magma que está gene-rando la actividad volcánica en superficie) para la caída de ceniza del 26 de noviembre. La muestra de la caída de ceniza del 20 de diciembre se encuentra en etapa de procesa-miento y análisis para poder completar la serie temporal de componentes y estudiar la evolución del actual proceso eruptivo. Además, gracias a la colaboración con el laborato-rio Magmas y Volcanes de Clermont-Ferrand (Francia), se tomaron imágenes de electro-nes retrodifusos (Figura 9B) con una microsonda electrónica con el objetivo de observar las texturas y de determinar la química del vidrio volcánico. Este análisis muestra que el magma actualmente en erupción es más básico que el magma que salió durante el perio-do eruptivo de 2015.

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Figura 9. A. 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 125 µm de las muestras de ceniza recolectadas el 21 de octubre (COT-22-01) y el 26 de noviembre (COT-22-08). B. Imagen del material juvenil observado con microsonda electrónica.


Anomalías térmicas satelitales
Desde el 21 de octubre los sistemas satelitales MIROVA, MOUNTS y FIRMS han detectado claramente anomalías térmicas en el volcán Cotopaxi. En las imágenes más reciente de Sentinel-2 del 17 y 22 de diciembre 2022 se observa un pequeño punto caliente en el crá-ter debajo de la emisión de gas (Figura 10). Este punto caliente ha sido observado de ma-nera repetitiva desde 2015, pero la frecuencia de observación se ha incrementado te-niéndose 7 anomalías en los últimos 2 meses, registradas por los sistemas satelitales mencionados anteriormente.

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Figura 10. Izquierda: Imágenes satélite Sentinel 2 (Bandas visible 12, 11, 8A / 20 m de resolución) del punto caliente en el cráter del Cotopaxi del 17 de diciembre 2022 en un cuadro de 2 y 10 km de escala. Derecha: Con-teo automático de las anomalías térmicas (puntos rojos) basadas en dichas imágenes, desde el 18 de octubre de 2022 y diciembre 2020 (fuente MIROVA y MODIS Thermal volcanic activity).


Mediante fotografías colectadas durante el sobrevuelo realizado el 19 de diciembre se pudo constatar la presencia de ceniza cubriendo toda la parte superior del volcán y parte de los flancos sur, sur oriental y sur occidental. Este material volcánico es el resultado de las emisiones de gases y ceniza reportadas en los últimos días. Debido a la continua salida de gases no se tuvo observaciones directas de la parte interna del cráter (Figura 11). Por otro lado, mediante imágenes térmicas tomadas con una cámara infrarroja portátil, se estimó que las temperaturas más altas están al interior del cráter con un valor de 45°C, este valor es subestimado debido que la parte superior del cráter está llena de gases. Por otro lado, las temperaturas de los campos fumarólicos externos e internos del cráter no sobrepasan los 25°C. Estos valores de temperatura están dentro de los rangos medidos en el presente periodo eruptivo, es decir desde el 21 de octubre de 2022.

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Figura 11. Imágenes obtenidas en el sobrevuelo el 19 de diciembre 2022 provisto por el Grupo Tucanes de la FAE. Izq. Fotografía del cráter del volcán Cotopaxi cubierto de ceniza. Der. Imagen térmica correspondiente y que muestra en colores más claros las temperaturas más altas y que se encuentran en el interior cráter, cuyos valores se considera subestimados debido a la presencia de gases.


Desgasificación y medidas de dióxido de azufre (SO2)
Desde octubre 2022 se observa un claro incremento en los valores de flujo de SO2, los mismos que se intensifican en los primeros días de diciembre (Figura 12). Estos valores altos de SO2 son similares a los reportados en el 2015. Este mismo patrón de incremento se observa en el número de medidas válidas, indicando que desde el mes de octubre el SO2 está de manera permanente en la atmósfera. Los valores de emisión de SO2 también son medidos gracias al instrumento TROPOMI en el satélite Sentinel-5SP. En el panel in-termedio de la Figura 12 se muestra las emisiones de SO2 medidas en la atmósfera alre-dedor del Cotopaxi por este instrumento satelital. Se ve claramente la aparición de medi-das desde octubre y un incremento en los valores de SO2 desde el mes de noviembre. En conjunto, los datos satelitales y los provistos por la red DOAS indican un incremento de la emisión de SO2 del volcán Cotopaxi. Adicionalmente, al comparar estos datos con las altu-ras 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 el SO2 asociado a columnas de mayor altura.

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Figura 12. 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. Intermedio: Masa de SO2 registrada por el instrumento satelital TROPOMI (fuente Mounts). Inferior: Máximo flujo de dióxido de azufre (SO2) diario regis-trado en las 4 estaciones del volcán Cotopaxi (Refugio Norte, Refugio Sur, Cami y San Joaquín). Actualizado hasta el 20 de diciembre 2022.


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 de quince días en octubre, 30 días en noviembre y 20 días en diciembre. En la Figura 13 se observa claramente un incremento de la cantidad de SO2 emitida por el volcán Cotopaxi. En las imágenes también se nota la emisión de SO2 para los volcanes Reventador y Sangay que también se encuentran en erupción.

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Figura 13. Masa de SO2 presente en la atmósfera sobre los volcanes Cotopaxi, Sangay y Reventador. Las imá-genes representan la emisión promedio en un periodo tiempo variable (Base Google Engine Code Editor, Script: C. Laverde-SGC).


Desde la emisión de ceniza del 21 de octubre 2022 se realiza mediciones periódicas de otras especies gaseosas con un equipo MultiGAS (Aiuppa et al., 2004; Shinohara, 2005). A través de sobrevuelos y ascensos a la cumbre se realizaron mediciones de las especies gaseosas mayoritarias emitidas (Agua: H2O, Dióxido de carbono: CO2, Dióxido de azufre: SO2 y Ácido sulfhídrico: H2S). Durante el último sobrevuelo del 19 de diciembre 2022 se realizaron 3 cortes a la pluma de gas, un ejemplo de uno de ellos se puede ver en la Figura 14. Desde el inicio de las mediciones, la razón SO2/H2S ha mostrado un incre-mento progresivo que indica una reducción del sistema hidrotermal del volcán frente a una predominancia de los gases de origen magmático.

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Figura 14. Fotografía de la columna de gas medida durante el sobrevuelo del 19 de diciembre de 2022, en el recuadro se puede observar los picos de los gases volcánicos (CO2, SO2) detectados, a partir de los cuales se obtiene la razón CO2/SO2.


Interpretación de datos

En base a la información disponible, se concluye que el volcán Cotopaxi presenta al mo-mento 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. Sin embargo, hasta el momento no hay evidencia de un ingreso de un mayor volumen de magma hacia el sistema.

Los datos de monitoreo indican un incremento paulatino de la actividad superficial carac-terizada mayormente por columnas de gases y vapor de agua alcanzando hasta 2800 me-tros sobre el cráter (m snc), además de una ocurrencia cada vez más frecuente de emi-siones de ceniza de más de 1000 m snc. La sismicidad sigue dominada por pequeños sis-mos de tipo LP y la aparición esporádica de eventos VLP; la deformación muestra una leve tendencia inflacionaria detectable en los flancos del volcán, en el componente horizontal; y los gases magmáticos, especialmente el SO2 son abundantes en la pluma volcánica.

 

Escenarios Eruptivos para el Volcán Cotopaxi
(Actualización 21/12/2022)

En base a lo presentado anteriormente, se propone tres escenarios eruptivos para el corto plazo (días a semanas). Los escenarios uno y dos tienen mayor posibilidad de ocurrir, mientras el escenario número tres es mucho menos posible. Los escenarios han sido ela-borados en base a la información de monitoreo que se dispone al momento de la publica-ción de este informe. Estos escenarios pueden ir evolucionando, dependiendo de lo que se observa en los parámetros de vigilancia.

1. Las emisiones de ceniza que iniciaron el 21 de octubre de 2022 van aumentando en frecuencia y/o altura, al igual que las emisiones de gases volcánicos. Lo más probable es que este tipo de eventos se repita o intensifique en el corto plazo (días a semanas), sin mostrar signos precursores, pero sin llegar a los niveles observados en la erupción de 2015. Al momento no hay evidencias fehacientes de nuevas inyecciones de magma en zonas profundas que pudieren derivar en una erupción de mayor magnitud. En este esce-nario es muy posible observar nuevas erupciones pequeñas acompañadas de señales sís-micas de tremor de larga duración (horas) y emisiones de ceniza similares a las ocurridas el 26 de noviembre y el 20 de diciembre. Dependiendo de la dirección y la velocidad de los vientos estas emisiones de ceniza podrían causar afectación leve en áreas relativa-mente cercanas al volcán.

2. Las emisiones de ceniza se intensifican hasta llegar a niveles similares a los observados en el periodo eruptivo del 2015. Este escenario podría darse en el corto/mediano plazo y se esperaría observar una tendencia claramente ascendente en los parámetros de moni-toreo (especialmente en la deformación y la actividad sísmica). Dependiendo de las con-diciones de velocidad y dirección del viento, estas emisiones de ceniza causarían una ma-yor afectación en los centros poblados, particularmente en las provincias de Cotopaxi, Pichincha y Napo. Además, debido a las lluvias en el sector, pueden generarse lahares secundarios que afectarían las inmediaciones del Parque Nacional Cotopaxi como lo ob-servado en la erupción de 2015. Afectando principalmente la vía al refugio en el sector de la quebrada Agualongo.

3. Las emisiones de gases volcánicos y ceniza aumentan de forma acelerada en el cor-to/mediano plazo, así como otros parámetros de monitoreo (deformación y actividad sís-mica), con evidencias claras de inyecciones profundas o de transporte acelerado de magma hacia la superficie, lo que en conjunto representaría los precursores de una fase eruptiva mucho mayor a la observada en 2015. Por ahora este escenario se considera como muy poco probable, por la falta de evidencias de aumento acelerado de los pará-metros de monitoreo y de actividad superficial. Las explosiones y emisiones de ceniza en este escenario serían mucho más grandes que las observadas en 2015 y tendrían una afectación regional, es decir, puede haber caída de ceniza en las provincias de Cotopaxi, Pichincha, Napo, Los Ríos, Manabí y otras, dependiendo de la velocidad y dirección del viento. Además, la caída fuerte de ceniza puede interrumpir la circulación vehicular entre las provincias de Pichincha y Cotopaxi, contaminar fuentes de agua potable y de riego, y afectar la distribución eléctrica. Adicionalmente, se pueden formar flujos piroclásticos de diferentes tamaños que derritan parte del glaciar y desencadenen lahares primarios en los principales drenajes del volcán, tal como se muestra en los mapas de peligros zona norte, sur y oriente (Mothes et al., 2016b, 2016a; Vásconez et al., 2015).

 

Referencias

Aiuppa, A., Burton, M., Murè, F., Inguaggiato, S., 2004. Intercomparison of volcanic gas monitor-ing methodologies performed on Vulcano Island, Italy. Geophysical Research Letters 31.
IG-EPN, 2022. IG AL INSTANTE VOLCÁN COTOPAXI No. 2022-031. Quito-Ecuador. Disponible en: https://informes.igepn.edu.ec/igepn-registro-web/pages/public/InformeGenerado.jsf?directorio=28978
Mothes, P., Espin, P., Hall, M.L., Vásconez, F., Sierra, D., Córdova, M., Santamaría, S., Marrero, J., Cuesta, R., 2016a. Actualización Mapa de Amenazas del Volcán Cotopaxi, Zona Sur.
Mothes, P., Espin, P., Hall, M.L., Vásconez, F., Sierra, D., Marrero, J., Cuesta, R., 2016b. Actualiza-ción Mapa de Amenazas del Volcán Cotopaxi, Zona Norte.
Shinohara, H., 2005. A new technique to estimate volcanic gas composition: plume measure-ments with a portable multi-sensor system. Journal of Volcanology and Geothermal Re-search 143, 319–333.
Vásconez, F., Sierra, D., Andrade, D., Almeida, M., Marrero, J., Hurtado, J., Mothes, P., Bernard, B., Encalada, M., 2015. Mapa Preliminar de Amenazas Potenciales del Volcán Cotopaxi- Zo-na Oriental.
Lazecký, M., Spaans, K., González, P. J., Maghsoudi, Y., Morishita, Y., Albino, F., et al. (2020). LiCSAR: An automatic InSAR tool for measuring and monitoring tectonic and volcanic activity. Remote Sensing, 12(15), 2430. https://doi.org/10.3390/rs12152430
Morishita, Y., Lazecky, M., Wright, T. J., Weiss, J. R., Elliott, J. R., & Hooper, A. (2020). LiCSBAS: An open-source InSAR time series analysis package integrated with the LiCSAR automated Sentinel-1 InSAR processor. Remote Sensing, 12(3), 424. https://doi.org/10.3390/rs12030424

 

Elaborado por:
S. Hidalgo, M. Almeida, A. Vásconez. F.J. Vasconez, M. Yepez, M. Córdova, S. Vallejo, A. García. D. Sierra, P. Espín Bedón, S. Vaca, D. Andrade, Jean-Luc Devidal, M. Ruiz, B. Bernard.
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional

Actualización de la actividad interna y superficial del volcán Cotopaxi

Resumen

Se establece que actualmente el Cotopaxi ha iniciado un nuevo proceso eruptivo de baja intensidad, que por ahora presenta un nivel incluso menor a lo ocurrido entre agosto y diciembre de 2015. Las tendencias observadas en los parámetros de monitoreo indican que un cuerpo de magma relativamente desgasificado podría localizarse en zonas poco profundas debajo de la cumbre del Cotopaxi y que por el momento no hay evidencias claras de una recarga de un magma profundo. Adicionalmente, indican que el Cotopaxi actualmente funciona como un sistema abierto desde esas profundidades, en el cual las emisiones de ceniza pequeñas pueden iniciarse de forma repentina y sin señales premonitoras. Es importante recalcar que por ahora solamente se observa un claro incremento de los parámetros de monitoreo asociados a la emisión de gases volcánicos y nubes de ceniza.


Antecedentes

Los días 21 de octubre, y 24 y 26 de noviembre del 2022 se registraron emisiones de ceniza en el volcán Cotopaxi, todas acompañadas por una señal de tremor sísmico, como fue descrito en los Informes Volcánicos Especiales No 001, 002 y 003 (IGEPN, 2022a, 2022b, 2022c). Mientras que la caída de ceniza asociada a los dos primeros eventos se restringió a las inmediaciones del volcán, las condiciones climáticas, en particular la dirección y velocidad de los vientos, permitieron a la ceniza emitida el 26 de noviembre alcanzar los cantones Mejía y Quito (Provincia de Pichincha), a más de 80 km de distancia al volcán.

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-004
Figura 1.- Cotopaxi Cámara de monitoreo la Merced (26/11/2022). Se observa una emisión de gases y cenizas en dirección NNE.


Anexo técnico-científico

La observación y análisis de los parámetros de monitoreo, desde el mes de octubre hasta el momento de la publicación de este informe, indican las siguientes observaciones para los diferentes parámetros de monitoreo.


Análisis de Sismicidad

Las emisiones de ceniza observadas durante este periodo no han estado precedidas por incrementos en el número o tamaño de los eventos sísmicos. Solamente el tremor sísmico que las acompaña inicia y finaliza de forma abrupta (Figura 2).

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Figura 2.- RSAM de las estaciones del Volcán Cotopaxi en las frecuencias 2-8Hz. Correspondientes a la emisión de ceniza registrada en la madrugada del domingo 26 de noviembre de 2022.


Deformación

Los inclinómetros y la red de estaciones GPS del Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional registran una muy leve deformación del suelo con un patrón radial, indicando un movimiento de aproximadamente 2 mm desde el mes de agosto en la componente Norte (ver figura 3). Debido a que estos valores son cercanos al nivel de ruido de fondo, aún no es posible hacer interpretaciones respecto a este parámetro.

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-004
Figura 3.- Desplazamiento en mm (10-3 m) entre las estaciones cGPS VC1G y MORU, la serie de tiempo incluye los datos desde 2011 hasta el presente, la anomalía causada por el periodo eruptivo del Cotopaxi en 2015 es claramente visible. Así mismo, la imagen inferior muestra un zoom a los datos desde enero 2021, se puede ver un cambio en la tendencia desde más o menos agosto de 2022 que se podría interpretar como una tendencia de desplazamiento al norte (Imágen: M. Yépez / IGEPN).


Columnas de emisión de gases

Las emisiones de vapor de agua y gases observadas en el volcán Cotopaxi han incrementado su altura en las últimas semanas, alcanzando alturas de hasta 2.8 km sobre la cumbre el día 27 de noviembre de 2022, en clara relación con el aumento en las medidas de gases (Figura 4).

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Figura 4.- Línea de tiempo de las emisiones de gas y ceniza en el volcán Cotopaxi Observadas desde la cámara de monitoreo Sincholagua, desde Octubre de 2022 hasta el 30 de noviembre de 2022 (Imagen: J.F. Vásconez).


Desgasificación

Las estaciones DOAS (Figura 5) y el sensor satelital TROPOMI (Figura 6) registran un incremento marcado en la emisión del gas magmático dióxido de azufre (SO2) en el volcán Cotopaxi. Mediante varios sobrevuelos en las últimas semanas los técnicos del IG-EPN también pudieron medir las razones entre los gases CO2, SO2 y H2S para constatar que los gases emitidos por el volcán Cotopaxi provienen de un magma relativamente desgasificado y poco profundo (3-4 km bajo la cumbre).

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Figura 5.- La imagen superior muestra la sumatoria del número de medidas válidas registradas por la red de instrumentos DOAS desplegada en el Volcán Cotopaxi. Se observa una clara tendencia creciente desde mediados de octubre de 2022. La imagen inferior muestra en la misma escala el conteo de sismos de largo período (LP) por día para la estación de referencia BREF (Imagen: M. Almeida, V. Lema/ IG-EPN).


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Figura 6.- El primer gráfico muestra la línea de tiempo de las emisiones de SO2 detectadas por TROPOMI desde el 15/19/2022 hasta el presente, (fuente Mounts PBL 1km; Imagen J.F Vásconez/ IGEPN). El segundo gráfico muestra una imagen TROPOMI para el 26 de noviembre de 2022, la masa total de SO2 es de 3293.8 ton.


Se realizó medición de razones gaseosas con un equipo Multigas (Aiuppa et al., 2004; Shinohara, 2005). A través de sobrevuelos (Figura 7) y ascensos a la cumbre del Volcán Cotopaxi se ha podido realizar mediciones de las especies gaseosas mayoritarias emitidas utilizando el equipo MultiGAS (Agua: H2O, Dióxido de carbono: CO2, Dióxido de azufre: SO2 y Ácido sulfhídrico: H2S). Durante el último sobrevuelo del 28/11/2022 se realizaron 3 cortes a la pluma de gas, un ejemplo de uno de ellos se puede ver en el recuadro de la Figura 7. Las razones CO2/SO2 se mantienen estables, sin embargo, la razón SO2/H2S ha mostrado un incremento desde su primera medición el 27 de octubre hasta la medición realizada durante este sobrevuelo triplicándose su valor. Estas razones continúan mostrando un origen magmático en la proveniencia de los gases.

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Figura 7.-Derecha, vista del flanco suroriental del volcán desde los 6500 m snm. En el recuadro se puede observar el pico generado por los gases presentes en la pluma durante la transecta. Izquierda, personal del IG-EPN dentro del avión Twin Otter, realizando actividades de medición de gases y termografía (Fotos: M. Almeida, D. Sierra /IG-EPN).


Vigilancia Térmica
Durante el mes de noviembre, las imágenes térmicas obtenidas a través de sobrevuelos, con drones y con una cámara de banda infrarroja fija en Rumiñahui no muestran cambios significativos en las temperaturas medidas en el volcán, en lo que va del mes de noviembre el sistema de registro de anomalías termales FIRMS ha contabilizado 3 anomalías termales en el cráter del volcán Cotopaxi: una el día 1 de noviembre, dos el 28 y dos el 29 de noviembre. Ver figura 8.

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Figura 8.- Fotografía del cráter del volcán e imagen térmica correspondiente tomada desde el suroccidente. Las imágenes fueron adquiridas durante el sobrevuelo de monitoreo realizado en el avión Twin Otter de la FAE la mañana del día 28 de noviembre de 2022. La imagen térmica muestra en colores amarillo- naranjado las zonas más calientes con temperaturas que no superan los 40 °C (Imágenes: M. Almeida, S. Vallejo/ IGEPN).


Nubes y caídas de cenizas
El Centro de Avisos de Cenizas Volcánicas de Washington (W-VAAC por sus siglas en inglés) reportó una difusa nube de ceniza visible en el satélite GOES-16 dirigida hacia el norte (Figura 9) a las 05h00 TL el 26 de noviembre (10h00 UTC) con una altura estimada entre 0.8 km sobre el nivel de la cumbre del Cotopaxi (6.7 km sobre el nivel del mar).

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Figura 9.- Aviso de nube de ceniza de las 10h00 UTC del 26/11/2022 (fuente: W-VAAC).


Adicionalmente, un estudio detallado de la caída de ceniza del 26 de noviembre indica una dispersión hacia el nor-noroccidente (Figura 10) con una carga máxima en el Parque Nacional Cotopaxi (172 g/m2) equivalente a una caída moderada. El SNGRE reportó una caída leve en los cantones Quito y Mejía de la provincia de Pichincha. La masa total del depósito estimado con el mapa de isomasas y fórmulas empíricas (Bonadonna and Costa, 2013; Bonadonna and Houghton, 2005; Fierstein and Nathenson, 1992; Legros, 2000; Pyle, 1989) es de 7-20 × 106 kg.

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Figura 10.- Mapa de caída ceniza del volcán Cotopaxi, 26 de noviembre de 2022. 1: Isomasa de 10 g/m2 sin tomar en cuenta la muestra de Uyumbicho; 2: isomasa de 10 g/m2 considerando la muestra de Uyumbicho (40,6 g/m2). Los valores obtenidos en las zonas de Lasso han sido descartados debido a procesos de contaminación (vegetación, insectos y polvo de la carretera).


Adicionalmente, el análisis de la distribución granulométrica realizado con tamizaje manual (entre 1000 y 63 µm) y difracción láser (entre 5000 y 0.03 µm) en la muestra de Uyumbicho muestra que la ceniza es extremadamente fina (tamaño medio 0.053 mm) y bimodal (modo grueso a 136 µm y modo fino a 15 µm; Figura 11). Las cantidades de ceniza inhalable (PM100 = <100 µm, pueden ingresar al sistema respiratorio), torácica (PM10 = <10 µm; puede ingresar a los pulmones) y respirable (PM4 = <4 µm; puede ingresar en los alvéolos), indican que la ceniza tiene un potencial patológico moderado.

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Figura 11.- Distribución granulométrica de la muestra recolectada en Uyumbicho el 26/11/2022 (tamizaje: Anaís Vásconez y Edwin Telenchana; difracción láser: Benjamin Bernard; síntesis y deconvolución: Benjamin Bernard; software deconvolución DECOLOG 6.0).


Escenarios Eruptivos para el Volcán Cotopaxi
(Actualización 28/11/2022)

En base a lo presentado anteriormente, se proponen tres escenarios eruptivos para el corto plazo (días a semanas). Los escenarios 1 y 2 tienen mayor probabilidad de ocurrir, mientras el escenario número tres es mucho menos probable. Los escenarios han sido elaborados en base a la información que se dispone al momento de la publicación de este informe. Estos escenarios pueden ir evolucionando dependiendo de lo que se observa en los parámetros de monitoreo.

  1. Las emisiones de ceniza observadas a partir del 21 de octubre de 2022 corresponden a eventos similares a otros ocurridos durante estos últimos 7 años, por ejemplo, el del 27 de noviembre de 2021. Sin embargo, su frecuencia y magnitud ha aumentado sensiblemente, en relación directa al aumento de las emisiones de gases volcánicos. Lo más probable es que este tipo de eventos se repita e intensifique en el corto plazo (días a semanas), sin mostrar signos precursores, pero sin llegar a los niveles de 2015. En este escenario se esperaría que esta actividad llegue a un pico en el corto plazo y luego empiece a descender, debido a que hoy en día no hay evidencias de nuevas inyecciones de magma en zonas profundas. En este escenario es muy posible observar nuevas emisiones de ceniza pequeñas acompañadas de señales sísmicas de tremor similares a las ocurridas el 21 de octubre, 24 y 26 de noviembre. Dependiendo de la dirección y la velocidad de los vientos estas emisiones de ceniza podrían causar afectación leve en áreas cercanas al volcán.
  2. Las emisiones de ceniza se intensifican hasta llegar a niveles similares a los observados a finales del año 2015. Este escenario se considera menos probable y en el mismo se esperaría observar una tendencia claramente ascendente en los parámetros de monitoreo (especialmente en la deformación y la actividad sísmica) y que los mismos se aceleran en el corto plazo. Hoy en día hay pocas evidencias de que esto esté sucediendo en el Cotopaxi. Dependiendo de las condiciones de velocidad y dirección del viento, estas emisiones de ceniza causarían una mayor afectación en los centros poblados, particularmente en las provincias de Cotopaxi, Pichincha y Napo. Además, debido a las lluvias en el sector, pueden generarse lahares secundarios que afectarían las inmediaciones del Parque Nacional Cotopaxi como lo observado en la erupción de 2015. Afectando principalmente la vía al refugio en el sector de la quebrada Agualongo.
  3. Las emisiones de gases volcánicos y ceniza aumentan de forma acelerada en el corto plazo, así como otros parámetros de monitoreo (deformación y actividad sísmica), con evidencias claras de inyecciones profundas o de transporte acelerado de magma hacia la superficie, lo que en conjunto representaría los precursores de una fase eruptiva mucho mayor a la observada en 2015. Por ahora este escenario se considera como muy poco probable, por la falta de evidencias de aumento acelerado de los parámetros de monitoreo y de actividad superficial. Las explosiones y emisiones de ceniza en este escenario serían mucho más grandes que las observadas en 2015 y tendrían una afectación regional, es decir, puede haber caída de ceniza en las provincias de Cotopaxi, Pichincha, Napo, Los Ríos, Manabí y otras, dependiendo de la velocidad y dirección del viento. Además, la caída fuerte de ceniza puede interrumpir la circulación vehicular entre las provincias de Pichincha y Cotopaxi, contaminar fuentes de agua potable y de riego, y afectar la distribución eléctrica. Adicionalmente, se pueden formar flujos piroclásticos de diferentes tamaños que derritan parte del glaciar y desencadenan lahares primarios en los principales drenajes del volcán, tal como se muestra en los mapas de peligros zona N, S y E (Mothes et al., 2016b, 2016a; Vásconez et al., 2015).

 

Referencias
Aiuppa, A., Burton, M., Murè, F., Inguaggiato, S., 2004. Intercomparison of volcanic gas monitoring methodologies performed on Vulcano Island, Italy. Geophysical Research Letters 31.
Bonadonna, C., Costa, A., 2013. Plume height, volume, and classification of explosive volcanic eruptions based on the Weibull function. Bulletin of Volcanology 75, 1–19.
Bonadonna, C., Houghton, B.F., 2005. Total grain-size distribution and volume of tephra-fall deposits. Bulletin of Volcanology 67, 441–456.
Fierstein, J., Nathenson, M., 1992. Another look at the calculation of fallout tephra volumes. Bulletin of volcanology 54, 156–167.
IGEPN, 2022a. Informe Volcánico Especial –Cotopaxi–2022-N° 001. Quito-Ecuador.
IGEPN, 2022b. Informe Volcánico Especial –Cotopaxi–2022-N° 002. Quito-Ecuador.
IGEPN, 2022c. Informe Volcánico Especial –Cotopaxi–2022-N° 003. Quito-Ecuador.
Legros, F., 2000. Minimum volume of a tephra fallout deposit estimated from a single isopach. Journal of Volcanology and Geothermal Research 96, 25–32.
Mothes, P., Espin, P., Hall, M.L., Vásconez, F., Sierra, D., Córdova, M., Santamaría, S., Marrero, J., Cuesta, R., 2016a. Actualización Mapa de Amenazas del Volcán Cotopaxi, Zona Sur.
Mothes, P., Espin, P., Hall, M.L., Vásconez, F., Sierra, D., Marrero, J., Cuesta, R., 2016b. Actualización Mapa de Amenazas del Volcán Cotopaxi, Zona Norte.
Pyle, D.M., 1989. The thickness, volume and grainsize of tephra fall deposits. Bulletin of Volcanology 51, 1–15.
Shinohara, H., 2005. A new technique to estimate volcanic gas composition: plume measurements with a portable multi-sensor system. Journal of Volcanology and Geothermal Research 143, 319–333.
Vásconez, F., Sierra, D., Andrade, D., Almeida, M., Marrero, J., Hurtado, J., Mothes, P., Bernard, B., Encalada, M., 2015. Mapa Preliminar de Amenazas Potenciales del Volcán Cotopaxi- Zona Oriental.

 

A. Vásconez, D. Andrade, D. Sierra, M. Almeida, M. Yépez., S. Hidalgo, B. Bernard, P. Mothes, S. Vaca, M. Ruiz, G. Pino
Instituto Geofísico
Escuela Politécnica Nacional

Antecedentes

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

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

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


Desarrollo

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

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-003
Figura 1.- RSAM de las estaciones del Volcán Cotopaxi en las frecuencias 2-8Hz. Correspondientes a la emisión de ceniza registrada en la madrugada del sábado 26 de noviembre de 2022. El RSAM es una medida de la amplitud de la señal sísmica.


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

Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-003
Figura 2.- Emisión de ceniza del Volcán Cotopaxi en Dirección NNW. Cámara de la Merced 05h53TL.


Informe Volcánico Especial Cotopaxi No. 2022-003
Figura 3.- Imagen Satelital GOES-16 mostrando la dirección de la pluma de ceniza al NNW, se puede ver como se ha desplazado sobre la ciudad de Quito, así cubriendo una distancia de 85 km.


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

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


Recomendaciones en caso de caídas de ceniza

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

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

 

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

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