SERVICIO GEOLÓGICO COLOMBIANO Dirección de Geoamenazas Observatorio Vulcanológico y Sismológico de Pasto INFORME EJECUTIVO DE COMISIÓN DE ESTUDIOS AL EXTERIOR Estudios de post-grado en “Evaluación de Amenazas Volcánicas y Monitoreo de Volcanes Activos” en el programa conjunto de la Universidad de Hawai’i en Hilo y el Servicio Geológico de los Estados Unidos, realizado en la ciudades de Hilo (Hawai’i) y Vancouver (Washington), Estados Unidos, entre junio 1 y julio 25 de 2014 Por: ANITA PATRICIA PONCE VILLARREAL Julio de 2014 REPÚBLICA DE COLOMBIA MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA SERVICIO GEOLÓGICO COLOMBIANO 1 Contenido 1 2 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 4 5 INTRODUCCION DESARROLLO DEL CURSO DE POST-GRADO CSAV-2014 TEMAS TRATADOS EN EL CURSO CSAV-2014 Vulcanología Física Monitoreo Térmico y actividad superficial Sensores Remotos Difusión Pública Deformación Gases volcánicos Sismología Lahares Flujos de Lava Lahares Mount Hood Estaciones de monitoreo Dispersión de cenizas Geología de Mount Saint Helens Árbol de eventos para crisis y amenazas volcánicas APRECIACIÓN PERSONAL DEL CURSO CSAV-2014 AGRADECIMIENTOS Pág 2 4 7 7 9 9 10 11 12 14 15 16 17 17 19 20 21 21 23 Lista de Figuras Figura 1. Imágenes de los volcanes visitados durante el curso de entrenamiento CSAV 2014 ........ 3 Figura 2. Participantes del Curso CSAV-2014 .................................................................................. 5 Figura 3. Diploma conferido en el Curso de Post-grado CSAV-2014. ............................................... 6 Figura 4. Imágenes de las salidas de campo de vulcanología física ................................................. 8 Figura 5. Imágenes de la clase de monitoreo térmico ........................................................................ 9 Figura 6. Imágenes de la salida de campo de sensores remotos ................................................... 10 Figura 7. Imágenes sobre el entrenamiento en difusión pública ..................................................... 11 Figura 8. Imágenes de las clases y las salidas de campo de deformación. ..................................... 12 Figura 9. Imágenes del entrenamiento en monitoreo geoquímico. .................................................. 13 Figura 10. Imágenes del entrenamiento en sismología e infrasonido ............................................. 15 Figura 11. Imágenes del entrenamiento en modelamiento de Lahares........................................... 16 Figura 12. Imágenes del entrenamiento en flujos de lava ................................................................ 17 Figura 13. Imágenes de la capacitación en lahares de Mount Hood ............................................... 18 Figura 14. Imágenes del entrenamiento en estaciones de monitoreo .............................................. 18 Figura 15. Imágenes del entrenamiento en dispersión de cenizas ................................................... 19 Figura 16. Imágenes del entrenamiento en geología del volcán Mount Saint Helens ...................... 20 1 1. INTRODUCCIÓN El Centro para el Estudio de Volcanes Activos (Center for the Study of Active Volcanoes, CSAV) ofrece el curso internacional de entrenamiento dentro de un programa de cooperación entre la Universidad de Hawai’i y el Servicio Geológico de los Estados Unidos (United States Geological Survey, USGS). Dentro del programa de cooperación participan la Universidad de Hawai’i en Hilo (UHH) la Universidad de Hawai’i en Manoa (UHM), el Observatorio Vulcanológico de Hawai’i (HVO, USGS) y el Observatorio Vulcanológico de las Cascadas (CVO, USGS) con sede en la ciudad de Vancouver (Washington). El CSAV fue fundado por el Dr. Robert Decker, quien sirvió como director del Observatorio Vulcanológico de Hawai’i (HVO, USGS) entre 1979 y 1984. Durante su permanencia en la dirección de HVO, encontró que había una fuerte demanda para formar profesionales en vigilancia volcánica y en evaluación de sus amenazas y riesgos entre las naciones en desarrollo, pues recibió muchas peticiones para acoger visitantes científicos y técnicos en HVO para entrenamiento. Durante esos años, el HVO recibió a una serie de científicos visitantes sin tener ni el personal, ni los recursos para llevar a cabo un amplio programa de capacitación permanente en Kilauea. Con posterioridad a su jubilación del USGS, adelantó gestiones e hizo la propuesta a la Universidad de Hawai’i en Hilo, el Instituto Hawaiano de Geofísica (HIG) de la Universidad de Hawai’i en Manoa y el Programa de Amenazas Volcánicas del USGS (Volcano Hazards Program, VHP) para establecer un programa de capacitación más formal dentro de un programa de cooperación, la cual fue aprobada en 1989. El CSAV ha funcionado desde 1989 brindando anualmente a la comunidad científica internacional involucrada en temas de vulcanología la oportunidad de participar en un curso de capacitación y entrenamiento en el monitoreo de volcanes activos y la evaluación de las amenazas volcánicas, con el propósito de disminuir el riesgo volcánico. Hasta 2011 su interés se orientó principalmente a países en desarrollo de Centroamérica, Sudamérica, Oceanía y Africa; a partir de 2012 se amplió la participación a profesionales de países de los cinco continentes que trabajen con temas volcánicos sea en universidades o en instituciones gubernamentales. El enfoque principal está orientado a los métodos de evaluación de amenazas volcánicas y monitoreo de volcanes activos. Las áreas de entrenamiento son: vulcanología física, geología de volcanes, deformación cortical, sismología, sensores remotos, geoquímica, mediciones de datos en campo en todas las áreas, elaboración de mapas de depósitos volcánicos, modelamiento de intrusiones magmáticas, modelamiento de lahares, modelamiento de flujos de lava, modelamiento de dispersión de cenizas, pronóstico de erupciones, establecimiento de escenarios basados en árboles de eventos probabilísticos, socialización y divulgación del conocimiento. 2 El programa se desarrolla anualmente en época de verano y a partir de 2013, el curso de CSAV se lleva a cabo en dos partes: la primera parte en el campus de la Universidad de Hawai’i en Hilo (UHH) y el Observatorio Vulcanológico de Hawai’i (HVO) y la segunda parte en el Observatorio Vulcanológico de Cascadas (CVO) en Vancouver (Washington). Para el curso de 2014, los trabajos de campo se desarrollaron en los volcanes Kilauea y Mauna Loa de Hawai’i y en los volcanes Mount Hood y Mount Saint Helens de la Cordillera de Las Cascadas, localizados respectivamente en los estados vecinos de Oregon y Washington en los Estados Unidos (Figura 1). Cima del volcán Kilauea (Hawai’i) Cima del volcán Mauna Loa (Hawai’i) Mount Hood (Oregon) Cima de Mount Saint Helens (Washington) Figura 1. Imágenes de los volcanes visitados durante el curso de entrenamiento CSAV 2014 Cabe destacar que algunos de los asistentes al curso como en mi caso, son patrocinados con becas que cubren el costo del curso, el alojamiento y el pasaje de avión, otros participantes sólo obtienen la beca del curso y el alojamiento y otros son patrocinados por sus respectivas instituciones en parte o en la totalidad del costo del curso. Los fondos para las becas provienen de la Agencia para el Desarrollo Internacional de los Estados Unidos (United States Agency for International Development, USAID) a través del Programa de Asistencia en 3 Desastres Volcánicos del Servicio Geológico de los Estados Unidos (Volcano Disaster Assistance Program, VDAP, USGS). El VDAP forma parte del programa CSAV y participa en los cursos internacionales de entrenamiento patrocinando a los estudiantes y con sus científicos como instructores y profesores del curso. 2. DESARROLLO DEL CURSO DE POST-GRADO CSAV-2014 El curso internacional de entrenamiento CSAV-2014 en Evaluación de Amenazas Volcánicas y Monitoreo de Volcanes Activos, se realizó en las ciudades de Hilo en el estado de Hawai’i y Vancouver en el estado de Washington en los Estados Unidos de América, el curso se impartió en idioma Inglés, entre el primero de junio y el 25 de julio de 2014, durante un tiempo de ocho semanas, involucrando 18 participantes procedentes de Indonesia, Filipinas, Chile, Perú, Papúa Nueva Guinea, Costa Rica, República Democrática del Congo, Italia, Korea del Sur, Arabia Saudita y Colombia (Figura 2). La primera parte del curso tuvo lugar en la ciudad de Hilo, Hawai’i, desde el primero de junio hasta el 12 de julio, asistiendo a clases con charlas magistrales, estudios de casos y ejercicios prácticos relacionados con el monitoreo de volcanes activos y evaluación de amenazas volcánicas, que se desarrollaron en el laboratorio de Geoquímica, en el GISlab y en el aula 110 en el campus de la UHH, otras clases magistrales y prácticas se llevaron a cabo en el auditorio de HVO y en los laboratorios de geoquímica de HVO. También se desarrollaron trabajos de campo mediante excursiones a los volcanes activos de Kilauea y Mauna Loa. De la misma forma, la segunda parte del curso se llevó a cabo en la ciudad de Vancouver (Washington), entre el 13 de junio y el 25 de julio con charlas magistrales, estudios de caso y ejercicios prácticos, en el auditorio de CVO, en el laboratorio de electrónica y en el taller externo de CVO y los trabajos de campo se desarrollaron durante un día en Mount Hood y durante cinco días de campamento en Mount Saint Helens. Las clases y sesiones de campo se orientaron a la enseñanza respecto a los métodos actuales de monitoreo de volcanes activos; recolección, medición e interpretación de datos; uso, instalación y mantenimiento de instrumentos y sensores de monitoreo; manejo de nuevas tecnologías; evaluación de las amenazas volcánicas; modelamiento de intrusiones magmáticas, de flujos de lava, de lahares y tefra; divulgación de la información a las instituciones gubernamentales, a las instituciones de prevención, a la prensa y al público en general; buscando dar pautas de direccionamiento en el monitoreo durante la respuesta a crisis volcánicas y en el enfoque al pronóstico para salvaguardar vidas tendientes a disminuir el riesgo volcánico en las poblaciones que se encuentran en área de influencia de volcanes activos. También se incluyó un segmento orientado a gestión de riesgos y educación pública de amenazas volcánicas. 4 Figura 2. Participantes del Curso CSAV-2014 El entrenamiento de campo hizo hincapié en los métodos de monitoreo volcánico, en los métodos de medición, recolección de datos e interpretación que 5 actualmente son utilizados por los observatorios vulcanológicos del Servicio Geológico de Estados Unidos. Otro tópico fue la evaluación y toma de decisiones durante crisis volcánicas con base al tipo de volcán, su historia, parámetros monitoreados y experiencias con otros volcanes. El 25 de julio se dio la terminación oficial del curso de post-grado otorgándose el diploma “Post graduate studies in assessing volcanic hazards and monitoring active volcanoes”, firmado por los directivos de las instituciones participantes en el programa conjunto del CSAV, como son el Dr. Donald O. Straney, rector de la Universidad de Hawai’i en Hilo, el Dr. John S. Pallister, jefe del Programa de Asistencia en Desastres Volcánicos del Servicio Geológico de los Estados Unidos (VDAP) y el Dr. Donald Thomas, director del CSAV (Figura 3). Figura 3. Diploma conferido en el Curso de Post-grado CSAV-2014. A lo largo del curso CSAV-2014, cada uno de los participantes presentó un “Reporte de País” tanto en HVO como en CVO. En mi caso, se socializó el monitoreo de la actividad volcánica en Colombia con el título de “Volcanic Activity Monitoring – Colombia”, en el cual se mostró una breve referencia del ambiente tectónico en el que se emplaza Colombia, las provincias geológicas que comprenden nuestro país, los volcanes activos de Colombia, las técnicas de monitoreo que usa el Servicio Geológico Colombiano (SGC) para los volcanes 6 activos, los niveles de actividad actual de los volcanes monitoreados, los mapas de amenaza de los volcanes Galeras, Cumbal, Chiles y Cerro Negro, sus redes de vigilancia, un resumen de la actividad volcánica de Galeras y Cumbal en el último mes que para el caso era mayo de 2014, la manera como se difunde la información de los volcanes activos y la socialización de la información a la comunidad así como el papel del SGC en el contexto de la gestión del riesgo volcánico, haciendo especial énfasis en la bienal de niños y jóvenes que viven en zonas de riesgo volcánico. Para el caso de los volcanes Chiles y Cerro Negro se hizo un informe completo de la actividad entre septiembre de 2013 y mayo de 2014. 3. TEMAS TRATADOS EN EL CURSO CSAV-2014 Al inicio del curso, se hizo una salida de campo corta a Strip Road en Mauna Loa para ver y familiarizarnos con el tipo de depósitos que dejan los volcanes hawaiianos, el tipo de terreno que íbamos a tener en las salidas de campo, los flujos de lava tipo AA y Pahoehoe, los bombones, los tubos, los canales solidificados y otras formaciones que deja la lava, dirigida por la coordinadora del curso Darcy Bevens. Después Darcy nos dio una charla de logística y expectativas del curso CSAV-2014. En nuestra primera visita al HVO nos dio la bienvenida el director (Scientist-in-Charge), PhD Jim Kauahikaua y tuvimos la oportunidad de asistir a una reunión técnica de evaluación de la actividad de la semana que había terminado para el volcán Kilauea, con presentaciones en power point de gráficas y datos correspondientes a cada disciplina, realizadas por los científicos de HVO, entre ellas, deformación, sismología, observaciones superficiales, geoquímica, etc.; al terminar la reunión se hizo una presentación de cada participante en el curso CSAV-2014, mencionando el nombre, el país de origen, la institución y el área de trabajo. Luego asistimos a clases de geología general de la Gran Isla, clasificación, geología estructural y estado actual de los volcanes de la Gran Isla, con énfasis en Kilauea y Mauna Loa, impartida por el PhD Don Thomas. Se asistió a clases del inglés como segunda lengua “English Second Language” orientado a familiarizarse con la cultura americana, la cultura de los países del grupo de participantes, la vida y cultura de Hawai’i y la manera de presentar charlas o conferencias. Posteriormente, se trabajó la temática relacionada con las técnicas de monitoreo por módulos como se relaciona a continuación: 3.1. Vulcanología Física (PhD. Nicole Lautze, UHM; PhD. Donald Swanson, HVO) El programa de Vulcanología Física se trabajó con charlas magistrales complementadas con videos y con trabajo de campo, visitando los diferentes depósitos de la actividad volcánica del Mauna Loa y Kilauea para la identificación de los diferentes tipos de depósitos de lavas. A nivel introductorio se trataron temas relacionados con las rocas ígneas, minerales, composición de las rocas y descripción de rocas con el objetivo de establecer diferentes génesis y procesos 7 volcánicos y tipos de vulcanismo. Se trataron temas de introducción en lo relacionado con la geología de volcanes, específicamente en los tipos de magmas y erupciones volcánicas. Se trataron conceptos físicos de los magmas y su importancia en el entendimiento del tipo de procesos volcánicos. Se presentó el ejemplo de los diferentes tipos de actividad del volcán Kilauea, donde se han encontrado erupciones efusivas y explosivas, tratando los tipos de flujos y caídas de Kilauea. Donald Swanson explicó la evolución de la caldera actual y la erupción explosiva de 1790 que dejó entre sus depósitos algunas capas de tefra y rocas del tamaño de una pelota de golf, que alcanzaron distancias hasta de 17 km; también describió y mostró otros productos volcánicos como pele´s hair, lapilli acrecional y reticulitas. En las salidas de campo se visitaron cuatro zonas, la primera muy cercana a HVO para ver los depósitos de tefra, reticulitas y lapilli acrecional de la erupción explosiva de Kilauea de 1790; el lago de lava de Kilauea Iki con la respectiva descripción de la erupción (1959), depósitos y grieta de salida de la lava; el cráter Mauna Ulu con la respectiva descripción de la erupción (19691974) y sus depósitos. Finalmente se visitó la zona de Kalapana, que era una zona residencial que fue alcanzada y cubierta por los flujos de lava de Kilauea en 1986-1992 y 2010, los flujos entraron al mar, generando varios centímetros de nuevo territorio para la Gran Isla (Figura 4). Don Swanson explicando la erupción de 1790 Lago de lava, Kilauea Iki Nicole Lautze explicando en Kalapana Cráter Mauna Ulu Figura 4. Imágenes de las salidas de campo de vulcanología física 8 3.2. Monitoreo Térmico y actividad superficial (PhD. Matt Patrick, HVO) La clase fue una charla magistral en el GISLab de la UHH, con exhibición de equipos para monitoreo térmico y de video, software utilizado para procesar imágenes térmicas, software libre que se puede obtener de algunos servidores de universidades de EE.UU. para procesamiento de imágenes térmicas y de imágenes métricas. En la clase se exhibieron videos del seguimiento del lago de lava del cráter principal de Kilauea, denominado Halema’uma’u. Describió y explicó las explosiones originadas por caídas de rocas que se desprenden de la pared del cráter y caen dentro del lago de lava, el seguimiento a las fluctuaciones de nivel del lago de lava, el seguimiento a las erupciones en curso del cráter Pu’u’O, y los trabajos desarrollados con este tipo de monitoreo (Figura 5). Cámara térmica para instalar en campo Matt Patrick explicando en clase Figura 5. Imágenes de la clase de monitoreo térmico 3.3. Sensores Remotos (PhD. Scott Rowland, UHM) Las clases incluyeron charlas magistrales en el GISLab de la UHH, ejercicios prácticos de aplicación de lo aprendido, uso de software especializado para sistemas de información geográfica y para elaboración de mapas, trabajo de campo, en el cual se realizó la verificación de la información procesada y analizada por medio de las imágenes obtenidas con los sensores remotos. Se recibió una introducción de los sensores remotos, conceptos, teoría, aplicación y parámetros que permiten garantizar una buena resolución. Clases de imágenes que se obtienen con este tipo de sensores, tales como imágenes de radar, aster, landsat, goes, etc., la longitud de onda que manejan los sensores, la resolución espacial de las imágenes, el color y el falso color, su análisis e interpretación. El trabajo de campo se desarrolló en Mauna Iki para la verificación del mapeo de depósitos de lavas de la erupción de Mauna Iki (1919-1920), con base en trabajos previos sobre imágenes procesadas de sensores remotos (Figura 6). 9 Verificando depósitos en imagen en Mauna Iki Scott Rowland explicando en Mauna Iki Figura 6. Imágenes de la salida de campo de sensores remotos 3.4. Difusión Pública (Darryl Oliveira, Defensa Civil Hilo; David Carvalho, CSAV; Darcy Bevens, CSAV; Ken Hupp, KPUA radio station Hilo) Se realizó una visita a la Defensa Civil en la ciudad de Hilo, para una charla informal sobre el manejo de la información y la atención en situaciones de crisis. La Defensa Civil tiene a su cargo los sistemas de alerta temprana por actividad volcánica, flujos de lava en zonas residenciales como el de Kalapana de 2010, tsunamis como el originado por el terremoto de Tohoku, Japón en 2011, terremotos, huracanes, inundaciones, etc. Durante la visita, el director Darryl Oliveira y los funcionarios describieron como funciona la entidad, la relación con la Agencia Federal para la Gestión de Emergencias (FEMA), los diferentes protocolos utilizados por esa entidad, la red de comunicaciones, las pantallas de visualización de los datos de los observatorios vulcanológicos, de alertas de tsunami, de la red nacional de terremotos, etc. y algunas formas de preparar e informar a la comunidad (Figura 7). Se hizo una visita a la escuela elemental Mountain View para observar una clase sobre amenazas naturales de origen geológico en la Gran Isla, impartida a los niños de la escuela de verano por David Carvalho, los niños tenían edades entre 5 y 12 años, se usaron ayudas didácticas como videos y maquetas para simular una erupción volcánica y un tsunami (Figura 7). Se asistió a la proyección de la película de “Super Volcano” realizando un análisis posterior de la interacción entre los científicos y los medios de comunicación y su impacto en la sociedad. Posteriormente el periodista Ken Hupp de la emisora KPUA de Hilo realizó entrevistas a los participantes del curso CSAV-2014, sobre un tema referente al trabajo de monitoreo volcánico en nuestras instituciones, del que previamente se le había enviado un resumen. Las entrevistas fueron filmadas y posteriormente analizadas por los expertos y por los estudiantes, para evaluar las fortalezas y debilidades de cada entrevistado. 10 David Carvalho en la escuela de verano Darryl Oliverira explicando en Defensa Civil Figura 7. Imágenes sobre el entrenamiento en difusión pública 3.5. Deformación (PhD. Mike Poland, HVO; PhD. Maurizio Battaglia, VDAP) La temática se abordó con charlas magistrales, ejercicios prácticos de aplicación y trabajo en campo para conocer las diferentes técnicas y equipos utilizados para medir y evaluar la deformación, que se han utilizado y se usan actualmente en HVO y los otros observatorios vulcanológicos del USGS. También se abordó la manera como se instalan los equipos que son telemetrados, la toma de datos y su interpretación. Al finalizar el módulo se trabajó por grupos para diseñar una red de monitoreo en deformación para diferentes volcanes activos del mundo. Los temas trabajados permitieron la familiarización con la temática de la deformación volcánica, sus causas en el contexto tectónico y volcánico, los fenómenos que se derivan del cambio de volumen y presión en el magma, reflejados en la deformación del terreno. En este módulo se realizaron trabajos de campo relacionados con la medición de datos usando diferentes metodologías, y trabajo en el laboratorio relacionado con el procesamiento, análisis y modelamiento de los mismos. Se recibió una inducción en la interpretación de imágenes InSAR y su análisis en los procesos de deformación volcánica y fenómenos tectónicos. Los métodos de deformación estudiados fueron: nivelación de precisión para medición de desplazamientos verticales, mediciones electrónicas a distancia (EDM) con estación total (geodímetros o distanciómetros) para desplazamientos horizontales, arreglos de mediciones de inclinometría seca, inclinometría electrónica (ET) para determinar variaciones de inclinación, mediciones dinámicas con el Sistema Satelital de Navegación Global (GNSSGPS) y de registro continuo para observar variaciones en la vertical y en la horizontal, uso de extensómetros para medición de apertura de grietas. Para el modelamiento se usaron datos de los volcanes Kilauea, Augustine y Mount Saint Helens, usando el modelo de Mogi para una fuente puntual, esférica, silo, esferoide y modelamiento inverso para un dique. Se realizaron salidas de campo para probar todos los instrumentos usados para medir deformación; para medir en 11 los extensómetros en la zona de grietas de Devil’s Throat, que es un cráter de subsidencia formado probablemente a finales de 1800 y una salida a Hilina Pali Road para realizar mediciones dinámicas con GPS en varias estaciones de deformación localizadas al borde de la carretera (Figura 8). Mike Poland explicando deformación en grietas Maurizio Battaglia explicando modelamiento Estación GPS en campo Preparando los equipos para medir con GPS Figura 8. Imágenes de las clases y las salidas de campo de deformación. 3.6. Gases volcánicos (PhD. Don Thomas, CSAV; PhD. Tamar Elias, HVO; PhD. Jeff Sutton, HVO; PhD. Keith Horton, UHM) Se desarrollaron charlas magistrales en el auditorio de HVO y en los laboratorios de geoquímica de la UHH, toma de datos en campo, visita a estaciones de medición de concentración de diferentes especies gaseosas, tales como dióxido de azufre SO2, sulfuro de hidrógeno H2S, cloruro de hidrógeno HCl, fluoruro de hidrógeno HF, dióxido de carbono CO2, monóxido de carbono CO; mediciones con flyspec (espectrometría) sobre la carretera para determinar flujo de SO2, en recorridos atravesando la columna de emisión y mediciones estáticas hacia la columna de emisión. Adicionalmente se desarrollaron ejercicios de configuración de una red para evaluar gases volcánicos y de evolución de la actividad volcánica. Este módulo se inició con los gases volcánicos, su origen, su evolución y sus ciclos, y la relevancia en el monitoreo volcánico como indicadores de la actividad volcánica. Se trataron también los efectos de los gases volcánicos en la salud 12 como una amenaza volcánica. En la parte de monitoreo volcánico se trataron los temas de muestreos de gases por el método de espectroscopia de correlación usando el instrumento FlySpec en el rango espectral Ultravioleta de la luz y el FTIR (Fourier transform infrared spectroscopy) en el rango espectral Infrarrojo de la luz. Se describieron los diferentes tipos de sensores electroquímicos que tienen para cada diferente especie gaseosa que se mide y se monitorea, los equipos de calibración de los sensores y los equipos de medición simultánea LI-COR para SO2 y CO2 y para H2S y CO2 (Figura 9). Se describieron y usaron los tubos detectores de gas en fumarola y el muestreo de gases y condensados en fumarola. Se realizaron diferentes ejercicios de integración de la actividad volcánica con el fin de analizar y evaluar el estado de actividad de un volcán y formular un diagnóstico involucrando otras técnicas de monitoreo como deformación volcánica y sismología, configurando diferentes escenarios. Don Thomas explicando muestreo en fumarola Tamar y Keith explicando el flyspec Jeff Sutton explicando estación en campo Jeff Sutton explicando el FTIR Figura 9. Imágenes del entrenamiento en monitoreo geoquímico. 13 3.7. Sismología (PhD. Weston Thelen, HVO; PhD. Randall White, VDAP; PhD. Wendy McCausland, VDAP) La capacitación se realizó con charlas magistrales en el auditorio de HVO y en el GISLab de la UHH, ejercicios prácticos de aplicación y ejercicios de análisis y evaluación de la actividad sísmica, con el objeto de hacer un diagnóstico del estado del volcán para realizar un pronóstico de erupción o establecer escenarios futuros. La primera parte se inició con conceptos básicos en sismología que incluyen una teoría general de ondas, rayos, frentes de onda, scattering, atenuación, mediciones de energía, localización clásica de sismos, tipos de sismos, cálculo de magnitud local y magnitud de momento, cálculo del desplazamiento en la falla, tipos de sensores. Se describió y explicó el software Swarm para visualización de señales sísmicas, lectura de duración, amplitud y periodo, espectro de amplitud de potencia y logarítmico, filtrado de señales, etc. También se tuvo una introducción en el ambiente tectónico Hawai’i y su influencia en el vulcanismo; los avances y evolución en la instrumentación para registro sísmico por parte del HVO y del USGS, la clasificación de eventos sísmicos en Hawai’i y los procesos que los generan; sismos que han generado alertas y efectos de tsunami en la costa de Hawai’i. Adicionalmente se trataron temas prácticos de localizaciones y mecanismos focales. También se recibió una introducción sobre el trabajo de monitoreo del HVO con sensores de infrasonido. En una segunda parte del módulo de sismología se recibió entrenamiento en sistemas volcánicos cerrados y sistemas volcánicos abiertos, en las sucesiones típicas de eventos sísmicos previos a una erupción, como son los sismos distales volcano tectónicos VT, localizados entre 10 y 30 km de distancia del volcán activo, el registro de eventos de muy baja frecuencia VLF, la transición de los VT a profundidades más superficiales bajo el edificio volcánico, luego la aparición de eventos de tipo híbrido, luego los eventos asociados con tránsito de fluidos, largo periodo LP y tremor, sismicidad asociada con crecimiento de domos como son los drumbeats, hasta la erupción. Se describieron los diferentes patrones de sismicidad que se pueden presentar y se recibió entrenamiento en pronóstico de erupciones, a partir del estudio de la recurrencia del patrón de sismicidad que involucre un proceso de realimentación o intrusión, ascenso de magma, formación y destrucción del domo de lava. Se realizaron ejercicios de aplicación para obtener localizaciones, energía liberada, momento sísmico y evaluación de actividad (Figura 10). 14 Wes Thelen explicando el uso de Swarm Sensor de infrasonido Randy White explicando en clase Wendy McCausland explicando en clase Figura 10. Imágenes del entrenamiento en sismología e infrasonido 3.8. Lahares (Ph.D. Steve Shilling, CVO; PhD. Julia Griswold, VDAP) La capacitación se realizó con charlas magistrales en el GISLab de la UHH y ejercicios prácticos de estudio de casos de volcanes como Three Sisters, Mount Rainier y Mount Saint Helens de la Cordillera de las Cascadas en los EE.UU. Se tuvieron charlas de conceptos básicos acompañados de videos. Luego se hizo hincapié en el manejo del programa LAHARZ para la elaboración de mapas de amenaza por flujos de lodos y avalanchas de escombros y el empleo de módulos de trabajo y visualización con ArcGis, tales como Arc Map y Arc Scene, y se complementó con ejercicios prácticos. Para el ejercicio principal se conformó grupos de dos personas para elaborar un mapa de amenaza por lahares para diferentes volcanes escogidos por cada grupo, en mi caso me tocó participar con el compañero Suparjan de Indonesia para elaborar el mapa de amenaza por lahares para el volcán Semeru de Indonesia, teniendo en cuenta todo lo aprendido en clase y las pautas establecidas para mostrar información entendible para tomadores de decisiones y la comunidad en general, involucrando factores como el lenguaje, los colores, la ubicación de los letreros, etc. (Figura 11). 15 Modelamiento con Mount Rainier Escenario más probable por lahares en Semeru Estudiantes CSAV2014 con Julie y Steve Figura 11. Imágenes del entrenamiento en modelamiento de Lahares 3.9. Flujos de Lava (PhD. Frank Trusdell, HVO) Las clases se desarrollaron mediante charlas magistrales en el auditorio de HVO y en el GISLab de la UHH, ejercicios de descripción de muestras de rocas y salidas de campo. Se recibió entrenamiento en inspección con lupa de mano y descripción de muestras de rocas, medición y descripción de flujos de lava en campo, elaboración de mapas de depósitos de flujos de lava y modelamiento de zonas de inundación por lavas. El ejercicio consistió en ir a campo, medir y describir los flujos de lava del volcán Mauna Loa, en la zona del cono de cenizas de Pu’u Koli, algunos de estos flujos tienen edades muy antiguas, otros se depositaron en tiempos históricos y los más jóvenes se depositaron en la última erupción de Mauna Loa en 1984. Posteriormente con los datos de campo se debía hacer un mapa geológico a mano, asignarle edad relativa a los flujos medidos, describir y caracterizar cada uno de los flujos mapeados y hacer la respectiva columna estratigráfica de la zona. Luego con ArcGis, utilizando las herramientas de modelamiento, se modelaron las zonas de inundación por flujos de lava del volcán Mauna Loa que puedan amenazar y poner en riesgo la capital de la Gran Isla, la ciudad de Hilo, como sucedió en la erupción de 1984 cuyos flujos llegaron a 7 km de la ciudad. También se hizo un análisis de riesgo, para los hospitales, las estaciones de bomberos, cuatro autopistas principales y el aeropuerto y se exportó la imagen para ser vista con Google Earth (Figura 12). 16 Zona de mapeo en Pu’u Koli, Mauna Loa Frank Trusdell explicando en clase Modelamiento de flujos de Lava Grupo CSAV2014 con Frank Trusdell Figura 12. Imágenes del entrenamiento en flujos de lava 3.10. Lahares Mount Hood (PhD. Cynthia Gardner, CVO; PhD. Peter Kelly, CVO) La capacitación se hizo mediante una salida de campo a Mount Hood, en donde describieron el mapa de amenazas de Mount Hood, el mapa específico por lahares y siguiendo el mapa se hizo un recorrido por los depósitos de los lahares que han bajado por White River, Sandy River y Hood River, especialmente el de la erupción de 1790 y el ocasionado por tormenta en 2006. Se visitó una de las estaciones sísmicas de monitoreo y algunos de los cauces nevados que se forman en sus pendientes, los cuales son susceptibles de generar lahares (Figura 13). 3.11. Estaciones de monitoreo (PhD. Andrew Lockhart, VDAP; PhD. Patrick McChesney, UW) Se contó como instructor con el ingeniero Patrick McChesney, investigador científico de la Red Sismológica del Pacífico Noroccidental del Departamento de Ciencias de la Tierra y el Espacio de la Universidad de Washington. Se trabajó con charlas magistrales en el auditorio de CVO en la ciudad de Vancouver, en 17 laboratorio de CVO y con ejercicios prácticos de instalación de un montaje con todos los sistemas que contempla una estación de monitoreo, desde el sistema de protección de equipos, el sistema de protección contra rayos, el sistema de alimentación, el sistema de transmisión y los sensores. El ejercicio se realizó en el taller externo de CVO, con grupos de 5 personas con todos los implementos e instrumentos necesarios facilitados por el CVO (Figura 14). En el entrenamiento se hizo énfasis en el mantenimiento de baterías, la verificación del voltaje y el amperaje y en los sistemas de protección contra rayos. Existe una gran variedad de diseños de estaciones de monitoreo volcánico, cuya característica principal debe ser una larga durabilidad en su funcionamiento y garantizar una buena cantidad y calidad de los datos para registro. Los aspectos fundamentales que se deben tener en cuenta en una instalación y en su mantenimiento son una buena protección contra descargas eléctricas, humedad, posibles inundaciones, insectos y pequeños animales, la radiación ultravioleta, las variaciones de presión, la temperatura, el viento, la corrosión por gases volcánicos, las caídas de ceniza, las acciones vandálicas y en algunos casos la nieve. Cynthia y Peter explicando en campo Depósito de lahar de Mount Hood Figura 13. Imágenes de la capacitación en lahares de Mount Hood Nuestro grupo con el montaje de estación listo Andrew y Patrick explicando en clase Figura 14. Imágenes del entrenamiento en estaciones de monitoreo 18 3.12. Dispersión de cenizas (PhD. Larry Mastin, CVO) Se trabajó con charlas magistrales y ejercicios prácticos de modelamiento de dispersión de ceniza y depósitos de ceniza por erupciones de volcanes escogidos por cada estudiante. Se trabajó con el programa Ash3d que permite modelar en el espacio tridimensional el transporte, la dispersión y depósitos de tefra, información que es muy utilizada para el pronóstico de nubes de ceniza volcánica y mapas de amenaza volcánica por caídas de tefra. Los resultados pueden desplegarse también con Google Earth. Variables importantes como la dirección y la velocidad del viento se pueden consultar en las bases de datos de NOAA desde 1948. En mi caso, para los ejercicios de modelamiento se hizo simulaciones de dispersión y de depósitos de cenizas para una probable erupción del volcán Cumbal, cuyos datos de entrada como el alcance de los depósitos de cenizas y la altura de la columna, se tomaron de la memoria del mapa de amenaza. También se hizo un modelamiento para la erupción de abril 14 de 2010 del volcán Eyjafjallajökull en Islandia, cuyos datos se tomaron de los reportes que el Instituto de Ciencia de la Tierra de la Universidad de Islandia entrega al Instituto Smithsonian y que están publicados en la página del Programa de Vulcanismo Global (Figura 15). Modelamiento para dispersión Cumbal Modelamiento para depósito Cumbal Larry Mastin explicando en clase Modelamiento para dispersión Eyjafjallajökull Figura 15. Imágenes del entrenamiento en dispersión de cenizas 19 3.13. Geología de Mount Saint Helens (PhD. John Pallister, VDAP; PhD. Heather Wright, VDAP; PhD. Michael Clynne, USGS) Esta capacitación se llevó a cabo mediante charlas magistrales en CVO y un campamento de cinco días en el volcán Mount Saint Helens. Las charlas versaron sobre los tipos de volcanes, especialmente los volcanes compuestos, las erupciones y los productos originados en erupciones de volcanes compuestos que son similares a los que se tiene en Colombia y sobre la historia eruptiva de Mount Saint Helens y especialmente sobre la erupción cataclísmica de 1980. Se realizaron excursiones a diferentes zonas del volcán para realizar trabajo de campo con el fin de hacer reconocimiento y caracterización de depósitos de caídas piroclásticas, flujos piroclásticos, surges, blast, lahares y avalanchas, para levantar columnas estratigráficas. En el campamento también se realizaron charlas magistrales y ejercicios prácticos de lo visto en campo (Figura 16). Michael, Heather y John explicando en campo Troncos de árboles en Spirit Lake Zona de hummocks, flujo piroclástico y blast Domos y glaciar en el cráter de M.Saint Helens Figura 16. Imágenes del entrenamiento en geología del volcán Mount Saint Helens Se visitaron las zonas de Spirit Lake para hacer inspección a los efectos del blast que derribó los troncos de inmensos árboles que aún quedan en el piso y flotando 20 al norte del lago, otros troncos desnudos permanecen de pie mientras nuevos árboles y vegetación han comenzado a repoblar la zona desde hace varios años. Se visitó la zona del observatorio de Johnston Ridge donde murió el vulcanólogo David Johnston el día de la erupción, el 18 de mayo de 1980, que se creía un lugar seguro pero el blast alcanzó a llegar hasta ese punto cegando la vida del científico. Se visitó la zona de hummocks para observar su estratigrafía y su morfología. Se visitó la zona de los lahares en Toutle River, pero también en la estratigrafía se pudo observar huellas de flujos piroclásticos, flujos de escombros y surges que bajaron por el cauce. Finalmente se visitó una zona cercana al cráter de Mount Saint Helens para observar el domo de 1980, los domos de 2004 y 2008 y el glaciar que se mueve 10 cm por día, siendo el único glacial en el mundo que manifiesta avance y no retroceso, protegido por la caldera originada en la erupción de 1980. 3.14. Árbol de eventos para crisis y amenazas volcánicas (PhD John Pallister, PhD. Heather Wright, PhD. Wendy McCausland y PhD. Julie Griswold) La capacitación se realizó con charlas magistrales y ejercicios prácticos de estudios de casos con el propósito de desarrollar habilidades para evaluar rápidamente las posibles amenazas volcánicas y prever posibles efectos de una crisis volcánica con base en la historia eruptiva del volcán, la geología, los depósitos de los productos volcánicos, su alcance, evaluación del reconocimiento visual sobre el terreno, los boletines de actividad que se van generando y los datos derivados del monitoreo, con miras a establecer escenarios con porcentajes de probabilidad y pronósticos de erupción. Para el ejercicio se trabajó la primera crisis del volcán Mount Saint Helens después de la erupción de 1980, ocurrida en el año 2004, con datos de monitoreo, mapa de amenaza, datos de historia eruptiva y mapas de la zona, facilitados por el CVO. 4. APRECIACIÓN PERSONAL DEL CURSO CSAV-2014 En mi opinión personal el Curso de post-grado CSAV-2014 en “Evaluación de amenazas volcánicas y monitoreo de volcanes Activos” desarrollado tanto en los volcanes Hawaiianos como en los volcanes compuestos de la cordillera de Las Cascadas, fue una increíble e invaluable experiencia que involucró un enorme acopio de conocimientos teóricos y prácticos en casi todas las temáticas relacionas con el estudio, investigación y monitoreo de los volcanes activos. Considero importante resaltar la trayectoria que tiene el Servicio Geológico de los Estados Unidos - USGS en el estudio, investigación, evaluación y monitoreo de las amenazas volcánicas, lo que les confiere un gran conocimiento y una gran autoridad: Maneja cinco Observatorios Vulcanológicos (Alaska, California, Cascades, Hawai’i y Yellowstone). El Observatorio Vulcanológico de Hawai’i (HVO), fue fundado en 1912, es pionero en el campo de la vulcanología, el más antiguo de América y del USGS y 21 es en donde se han desarrollado varios de los métodos, técnicas e instrumentos que se usan en el monitoreo volcánico en el mundo. Personal de los Observatorios de California y Cascadas, mediante el VDAP han participado en crisis eruptivas volcánicas en todo el mundo, en los países de Méjico, Guatemala, El Salvador, Nicaragua, Costa Rica, Colombia, Ecuador, Perú, Chile, Monserrate, Tanzania, República Democrática del Congo, Arabia Saudita, Filipinas, Indonesia, Papua Nueva Guinea, Rusia y Estados Unidos. La mayoría de su personal tiene nivel de doctorado en diferentes disciplinas de la volcanología dando lugar a una alta calidad científica. Su personal ha estudiado todos los tipos de volcanes, los de punto caliente como los Hawaiianos, de rift como los de R.D. Congo, compuestos de zonas de subducción como los de la Cordillera de Las Cascadas, de arcos de islas como algunos de Alaska, grandes calderas como Yellowstone y Long Valley e incluso los monogenéticos como los de México, lo que les permite cubrir el espectro total en la evolución de los magmas. La oferta de cursos de entrenamiento como CSAV involucrando las experiencias de participantes que trabajan en volcanes de diversos puntos geográficos ofreciendo la posibilidad de incrementar, optimizar e intercambiar conocimientos. Es por esto, que este curso ellos cubren una amplia gama de temas en el monitoreo y la evaluación de las amenazas volcánicas integrando diferentes disciplinas que abarcan desde el conocimiento del fenómeno y la geología, hasta las técnicas, instrumentos empleados y métodos de procesamiento, con el fin de lograr una mejor comprensión e interpretación de un volcán activo. Por otra parte, la integración de conocimiento de volcanes de diferentes tipos eruptivos, diferentes composiciones, diferentes ambientes tectónicos y diferentes partes del mundo, permite establecer marcos de referencia que pueden servir de base comparativa para el caso de activaciones de volcanes de los cuales no se conoce su comportamiento porque no tienen registro de erupciones históricas, lo cual puede marcar la diferencia y ser fundamental en el momento de responder a la atención de una crisis volcánica. Los instructores resaltan la importancia de la integración de diferentes disciplinas geofísicas y geoquímicas en el contexto de la geología de los volcanes para tener una mejor percepción del fenómeno así como modelamientos y simulaciones que permiten un acercamiento a la realidad de los procesos que se dan con la actividad de los volcanes. Es importante resaltar la contribución que Colombia ha hecho en la temática de la evaluación y monitoreo de las amenazas volcánicas, tanto desde el punto de vista de motivación con el infortunado suceso de la erupción del Nevado del Ruiz en 1985, que generó la creación del Programa de Asistencia por Desastres Volcánicos - VDAP del USGS, como con los logros alcanzados en el pronóstico de eventos amenazas volcánicas por parte de los Observatorios Vulcanológicos del Servicio Geológico Colombiano, que han servido de ejemplo para mostrar a nivel 22 mundial y que tienen reconocimiento por parte del USGS. Tan es así que la coordinadora del CSAV expresó que los participantes colombianos eran muy estimados y se contaban entre los favoritos del programa, por su capacidad de aprendizaje y su desempeño general durante el curso, adicionalmente porque se notaba que lo aprendido del USGS y del CSAV era uso de buena práctica en los observatorios colombianos. Por todo lo anterior considero muy conveniente continuar promoviendo la participación en este tipo de cursos, de los profesionales investigadores del Servicio Geológico Colombiano que trabajan en los Observatorios Vulcanológicos, porque además de permitir la capacitación y actualización de los conocimientos, permiten medir nuestro nivel trabajo y de conocimiento a nivel global y compartir experiencias con investigadores de otras regiones del mundo. El material de estudio adquirido durante el curso CSAV-2014 se deja en el servidor de documentos del Observatorio Vulcanológico de Pasto para consulta. 5. AGRADECIMIENTOS Expreso mi enorme y sincero agradecimiento a las directivas del Servicio Geológico Colombiano (SGC) por dar el aval para mi participación en el curso “Evaluación de amenazas volcánicas y monitoreo de volcanes activos, CSAV2014”, a cargo del Centro para el Estudio de Volcanes Activos (CSAV), dentro del programa conjunto entre la Universidad de Hawai’i (UHH, UHM) y el Servicio Geológico de los Estados Unidos (VDAP, USGS), desarrollado en la ciudades de Hilo y Vancouver en los estados de Hawai’i y Washington respectivamente. También, agradezco a todas aquellas personas del SGC de las oficinas de la Dirección General, Subdirección de Geoamenazas y Recursos Humanos, quienes aportaron en el proceso y trámites de esta comisión. Agradezco también a Presidencia de La República y al Ministerio de Minas y Energía por la oportunidad que me brindaron con la aprobación de la comisión de estudios al exterior. Agradezco de manera muy especial al Programa de Asistencia para Desastres Volcánicos del Servicio Geológico de los Estados Unidos (VDAP, USGS) y por su intermedio a la U.S. Agencia para el Desarrollo Internacional (USAID) por su patrocinio al otorgarme la beca para cubrir los costos de mis pasajes aéreos internacionales y locales en USA, la inscripción al curso, el transporte terrestre, el alojamiento, los materiales y las memorias del curso. Mi enorme y sincero agradecimiento al Centro para el Estudio de los Volcanes Activos (CSAV) por su aceptación y coordinación en el desarrollo del curso de Postgrado. Especial reconocimiento y agradecimiento a la Geo. Darcy Bevens coordinadora del curso, por todo su trabajo, apoyo y organización. También mi sincero agradecimiento, reconocimiento y admiración a los profesores, instructores 23 y demás miembros de la Universidad de Hawai’i en Hilo y en Manoa, de los Observatorios Vulcanológicos de Hawai’i, Cascadas, California, VDAP y otras oficinas del USGS. Finalmente, mi enorme y sincero agradecimiento a los mis compañeros de los Observatorios Vulcanológicos del Servicio Geológico Colombiano, especialmente el OVSPasto, por apoyarme y animarme en la participación de este curso y por la colaboración continua durante el desarrollo del curso. 24