FISICOQUÍMICA DEL INTERIOR DE LA TIERRA Proyecto Institucional 1000660 Informe Fase I Santiago de Cali, febrero de 2019 Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I SERVICIO GEOLÓGICO COLOMBIANO © Oscar Paredes Zapata Director General Héctor Manuel Enciso Prieto Director Técnico de Laboratorios Marcela Hernández Sabogal Coordinadora Grupo Geoquímica y Geotecnia AUTORES Luisa Fernanda Meza Maldonado Lady Viviana Burbano Ruales Arturo Argüelles Parra Gustavo Garzón Valencia Grupo de investigación FISQUIM Fisicoquímica de Fluidos Terrestres y Planetarios, código 21908 SNCTI Citación: Meza, L.F., Burbano, L.V., Argüelles, A., Garzón, G. (2019). Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I (2017-2018). Servicio Geológico Colombiano, Dirección Técnica de Laboratorios, Santiago de Cali. 65pp. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I CONTENIDO RESUMEN ABSTRACT INTRODUCCIÓN 1 ZONAS DE ESTUDIO 1.1 Cavernas 1.1.1 Departamento del Huila 1.1.1.1 Cuevas del PNN Los Guácharos 1.1.1.2 Cuevas de San Agustín 1.1.1.3 Cueva del Tigre de Yaguará 1.1.2 Departamento de Santander 1.1.2.1 Sistemas kársticos de Santander 1.1.2.1.1 Sector norte de El Peñón 1.1.2.1.2 Sector occidental de El Peñón 1.1.2.2 Cueva El Nitro de Villanueva 1.1.2.3 Cueva El Yeso de Curití 1.1.3 Departamento del Valle del Cauca 1.1.3.1 Cueva del Duende en Toro 1.1.3.2 Cueva San Pedro en El Aguila 1.1.4 Departamento del Putumayo 1.2 Volcanes 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 METODOLOGÍA Sistema movilDOAS Termopar Sistema de cámaras de ionización Cámara infrarroja de barrido frontal Cámara 4k UHD Mediciones internas de distancias 3 RESULTADOS 3.1 Cavernas 3.1.1 Cueva del Indio 3.1.2 Cueva de los Guácharos 3.1.3 Cueva del Tigre 3.1.4 Mina de azufre de Puracé 3.2 Volcanes 3.2.1 Volcán Azufral 3.2.1.1 Cámara IR 3.2.1.2 In Situ 3.2.2 Volcán Galeras 3.2.2.1 EscanDOAS NOVAC-FISQUIM Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM ¡Error! Marcador no definido. 6 7 11 11 11 11 15 15 16 16 16 16 18 19 19 19 20 20 21 22 22 23 ¡Error! Marcador no definido. ¡Error! Marcador no definido. 25 25 27 27 22 33 35 38 38 39 39 40 41 41 Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 3.2.2.2 MóvilDOAS NOVAC-FISQUIM 3.2.2.3 MG-DECADE-FISQUIM 3.2.2.4 Cámara UV 3.2.3 Volcán Puracé 3.2.3.1 MG-DECADE-FISQUIM 3.2.3.2 Cámara IR 3.2.4 Volcán Nevado del Ruiz 41 43 44 45 45 46 47 4 4.1 4.2 4.3 49 49 50 52 TRATAMIENTO PRIMARIO DE LOS DATOS Modelo fisicomatemático de transferencia térmica Radiactividad subterránea natural Cavernas en el territorio colombiano CONCLUSIONES REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM 58 59 Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I RESUMEN Se ejecutó la fase exploratoria del proyecto institucional 1000660 Fisicoquímica del Interior de la Tierra, durante los años 2017 y 2018, iniciando con ejercicios intercomparativos de sensores remotos ópticos utilizados para la cuantificación de los fluidos volcánicos en el territorio colombiano. En paralelo desarrollo con proyectos internacionales comprometidos dentro de las redes científicas NOVAC Network for Observation of Volcanic and Atmospheric Change, DCO Deep Carbon Observatory, DECADE Deep Carbon Degassing se realizaron trabajos interinstitucionales, con pares del Departamento de Física de la Atmósfera de la Universidad de Heidelberg de Alemania y del Departamento de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Palermo de Italia. Se ejecutaron comisiones de campo para la cuantificación de fluidos profundos en cavernas de varios sistemas kársticos en los departamentos de Santander, Huila, Valle del Cauca y Putumayo. Se adelantaron sendas comisiones de exploración de volcanes de lodo del triángulo Cartagena – Santa Catalina – Turbaco; y se desarrolló el primer Taller de Fluidos Terrestres FISQUIM en el auditorio del SGC-Cali, con la participación de los expertos internacionales Dr. Eckhard Faber y Dr. Prof. Arturo Argüelles. Los resultados obtenidos han tenido tanto tratamientos primarios, como de mayor nivel matemático y termodinámico, sobre lo cual se reporta en el presente informe 2017-2018. Se publicaron 4 artículos y se sometió uno más, en revistas internacionales de impacto científico mayor a 2.0. Se presentaron 17 ponencias y 8 pósters en eventos científicos en Yokohama, Portland, Hamburgo, Viena, Chachapoyas, Santiago de Cali, Manizales, Santa Marta, Cartagena, Barranquilla, Piedecuesta y San Gil. Se trabajó en transferencia y apropiación social del conocimiento en reuniones y talleres efectuados en Acevedo, Santa Catalina y Santiago de Cali. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I ABSTRACT Exploratory phase of the institutional project 1000660 Physicochemistry of the Earth's Interior was carried out during 2017 and 2018 years, beginning with comparative exercises of optical remote sensors used for the quantification of volcanic fluids in the Colombian territory. In parallel development with committed international projects within the scientific networks NOVAC (Network for Observation of Volcanic and Atmospheric Change), DCO (Deep Carbon Observatory), DECADE (Deep Earth Carbon Degassing) interinstitutional works were carried out, with peers from the Department of Atmospheric Physics of Heidelberg University of Germany and the Department of Earth Sciences of Palermo University of Italy. Field commissions were executed for the quantification of deep fluids in caverns of several karst systems in the departments of Santander, Huila, Valle del Cauca and Putumayo. Several commissions for exploration of mud volcanoes on Cartagena - Santa Catalina Turbaco triangle were advanced; and the first FISQUIM Terrestrial Fluids Workshop was held in the SGC-Cali auditorium, with the participation of international experts Dr. Eckhard Faber and Dr. Prof. Arturo Argüelles. The results obtained have had both primary treatments, as well as higher mathematical and thermodynamic levels, which are reported in this 2017-2018 report. Four articles were published and one more was submitted in international journals with a scientific impact greater than 2.0. Seventeen papers and eight posters were presented at scientific events in Yokohama, Portland, Hamburg, Vienna, Chachapoyas, Cali, Manizales, Santa Marta, Cartagena, Barranquilla, Piedecuesta and San Gil. We worked on the social knowledge appropriation in meetings and workshops held in Acevedo, Santa Catalina and Cali. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I INTRODUCCIÓN El estudio de la Tierra, su historia y cómo funciona proporciona conocimiento esencial, experiencia y orientación sobre cómo enfrentar muchos de los desafíos planetarios más agudos de la sociedad. Hoy se observan tendencias globales que exigen ser atendidas, pues requieren de soluciones urgentes para asegurar la permanencia humana en la superficie del planeta Tierra. Una tendencia que requiere inmediata atención es la demográfica, pues hay un incremento entre exponencial y logístico, donde la demanda de recursos alimentarios es cada vez más exigente, sumada a los limitados recursos naturales para mantener el crecimiento desmedido de tecnologías y robótica. El cambio climático es también una tendencia global que está siendo considerada en los planes estatales, regionales y locales en todos los países, pues se vienen observando procesos como el deshielo polar, generando el aumento del nivel del mar, lo cual generará desplazamientos costeros, se observarán cambios en la agricultura, aumentarán los desplazamientos de poblaciones humanas y algunas especies se extinguirán. Nuestro planeta Tierra tiene muchos procesos aún no descubiertos, tanto en su superficie, como en su interior. Los recientes avances en el conocimiento de nuestro Sistema Solar, están permitiendo estudiar nuestro planeta desde otra perspectiva, pues nos está dando la posibilidad de comparar las composiciones químicas y las propiedades físicas de otros planetas y sus satélites naturales, sumado al conocimiento que empezamos a tener de los planetas enanos y los asteroides. Recientemente se han detectado importantes contenidos de O16 en el viento solar, aspecto que contradice la total desaparición de este isótopo en el Sol durante la formación de los planetas a partir de la nebulosa protoplanetaria, lo cual señala hacia una anómala composición isotópica de los planetas del Sistema Solar y una probable errónea interpretación en los datos isotópicos de los compuestos oxigenados terrestres. El vulcanismo terrestre ha estado siendo estudiado con base en las manifestaciones de transferencia de calor y de masa en los volcanes terrestres y submarinos, permitiendo diferenciar las variadas composiciones de los gases que son emitidos desde sus fumarolas, sus fuentes termales ácidas sulfatadas y a través de los suelos en los edificios volcánicos (o en la superficie de los océanos, para el caso de los volcanes submarinos), donde el gas predominante para los volcanes magmáticos/hidrotermales es el vapor de agua H2O, seguido de gases ácidos como el dióxido de carbono CO2 y el dióxido de azufre SO2, y de compuestos halogenados (HCl, HF, HBr), más trazas de gases nobles (He, Xe), incluido el radioactivo gas radón (Rn222). Así, aprendimos a diferenciar a los volcanes de las zonas de subducción (choque interplacas tectónicas), de los volcanes de las grietas continentales (rifts o distensión de placas tectónicas) y de los volcanes de los puntos calientes (hot spot). Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Las bases de datos de la red NOVAC (Network for Observation of Volcanic and Atmospheric Change – www.novac-project.eu), alimentadas desde 88 estaciones permanentes instaladas en 32 volcanes más activos del planeta, ha estado mostrando muy marcadas diferencias de desgasificación tanto del dióxido de azufre SO2 (Galle et al., 2010, 2013), como del monóxido de bromo BrO (Lübcke et al., 2016, 2014). Así por ejemplo, se ha encontrado que los flujos de SO2 son marcadamente mayores desde los volcanes de los rifts; y, las mayores desgasificaciones de BrO han sido registradas en los volcanes de los hot spots (Gutmann et al., 2018). Las bases de datos de la red DECADE (Deep Earth Carbon Degassing), generadas en estaciones paralelas a la red NOVAC, han estado demostrando importantes diferencias en las emisiones del dióxido de carbono CO2 de los volcanes más activos de la Tierra, donde se destacan los relativos bajos flujos de CO2 en los volcanes andinos (Lages et al., 2017). El tema relacionado con el cambio climático global aún se encuentra en su infancia, pues son muchas las estimaciones y pocas las mediciones realizadas de los flujos y concentraciones de gases de efecto invernadero tanto de origen antropogénico, como natural. La medición de los tres gases con mayor efecto invernadero (H2O, CH4 y CO2) es muy complicada por métodos espectroscópicos, debido a su alto background atmosférico. Esta situación ha estado exigiendo el desarrollo de nuevas estrategias de cuantificación en diversos ambientes de nuestro planeta. Existen lugares de nuestro planeta que requieren de más sofisticadas estrategias para la cuantificación de las emisiones gaseosas, entre los cuales se pueden mencionar: - El abismo Challenger, (11°19′N, 142°15′E) localizado en la Fosa de Las Marianas con una profundidad medida con ecosonar de -10.829,2 m con respecto al nivel del mar (Dziak et al., 2017); - La cueva natural más profunda hallada hasta marzo de 2018, conocida como Veriovkina, (43°24′56″N, 40°21′23″E), localizada en la región de Abjasia de la república de Georgia en el Cáucaso Occidental, con una profundidad de -2.212 m con respecto a la entrada, la cual se ubica a 2240 m.s.n.m. (Liubimov, 2018). Los modelos aceptados sobre la estructura interna de la Tierra han estado siendo revisados desde que se ejecutó la perforación más profunda con objetivos geofísicos. Esta perforación, conocida como el Pozo Superprofundo de Kola, la cual alcanzó los -12.260 m medidos desde la superficie de Murmask de 1.190 m en la Peninsula de Kola, Rusia, demostró que las capas interiores de la Tierra no se encuentran superpuestas homogéneamente. También enseñó que a partir de los -10.000 m la temperatura alcanzó Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I los 180oC y no los esperados 100oC estimados previamente. A esta profundidad, los investigadores rusos encontraron oro (Au) en proporciones promedias de 78 g/t, con rocas ígneas e importantes contenidos de lodo, agua, yodo, bromo e hidrógeno (Kozlovsky, 1987). Figura 1. Ciclo Terrestre del Carbono Profundo. Nuevos retos para conocer mejor el interior de la Tierra, han exigido mediciones de varios gases a profundidades donde el hombre ha logrado excavar, como la Mina de oro (Au) de Mponeng propiedad de la AngloGold Ashanti, al suroreste de Johannesburgo en Suráfrica, con -4.000 m; y, la Cueva de Las Espadas en la Mina de Naica en Chihuahua, México con 50oC y 98% de humedad relativa. Para explicar el aporte natural al cambio climático que vive el planeta Tierra, se debe elaborar un modelo detallado de los procesos que están involucrados en el ciclo del carbono profundo, como el mostrado en la Figura 1. Además de los estudios de emisiones gaseosas en los volcanes magmáticos/hidrotermales y en fallas activas del planeta, se han abierto nuevas líneas de investigación en las zonas Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I más profundas, incluyendo cavernas profundas, ambientes de diapirismo evidente y minas de explotación mineral con socavones muy profundos. En el presente trabajo se reportan los resultados obtenidos en las zonas de estudio que se muestran en la Figura 2, donde se observan tres principales bloques: cuevas (color blanco), volcanes de lodos (color naranja) y volcanes magmáticos/hidrotermales (color amarillo). Figura 2. Zonas de estudio fit 2017-2018. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 1 ZONAS DE ESTUDIO Las investigaciones adelantadas en los años 2017 y 2018 se ejecutaron en tres diversos ambientes: A) cavernas; B) volcanes de lodo; y, C) volcanes magmáticos/hidrotermales. 1.1 Cavernas Se exploraron e investigaron los siguientes ambientes subterráneos: A) Cuevas del departamento del Huila, en Yaguará, San Agustín y Acevedo; B) Cuevas del departamento de Santander, en El Peñón, Villanueva y Curití; C) Cuevas del departamento del Valle del Cauca en El Aguila, Toro y Vijes; y, D) Cuevas del departamento del Putumayo en Villagarzón y Mocoa. 1.1.1 Departamento del Huila Se exploraron y estudiaron los siguientes tres sectores de cavernas en el territorio del departamento del Huila: 1.1.1.1 Cuevas del Parque Nacional Natural de Los Guácharos De todas las zonas de estudio visitadas en los años 2017 y 2018, la que exigió protocolos especiales, incluyendo reuniones interinstitucionales a la luz de acuerdos previamente firmados; y actividades de apropiación social del conocimiento, fue el Parque Nacional Natural Los Guácharos, declarado en 1979 como Reserva de la Biosfera (http://www.unesco.org/). La declaratoria de Reserva de la Biosfera denominada Cinturón Andino integra los PNN: Cueva de los Guácharos, Puracé y el Nevado del Huila (Borsdorf et al., 2013). La comisión del SGC compuesta por el conductor de la camioneta institucional Andrés Felipe Castrillón Cruz, la investigadora del grupo FISQUIM Luisa Fernanda Meza Maldonado y el líder del grupo FISQUIM y gerente del proyecto institucional 1000660 E=mc2 Gustavo Garzón Valencia, accedieron a la zona de estudio procedentes de Cali y Popayán atravesando la cordillera central por la vía Popayán - Coconuco - Paletará – San José de Isnos – Pitalito – Palestina. En el municipio de Palestina (Huila) se realizó una reunión en la sede de PNN donde se compartieron experiencias y conocimientos sobre las cuevas, localizadas en la zona de estudio. En esta reunión participaron los funcionarios: - Ing. Héctor Velásquez - Jefe del PNN Cueva de los Guácharos; Biólogo Manuel Fernando López – Técnico Administrativo PNN Cueva de los Guácharos; Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I - Química, M.Sc. Luisa Fernanda Meza - Profesional SGC Popayán); Fisicoquímico, M.Sc. Gustavo Garzón – Profesional Especializado SGC Cali. En el municipio de Palestina, Huila, se incorporó a la comisión de campo el biólogo Manuel Fernando López, quien viajó en la camioneta institucional del SGC hasta la vereda La Mensura. Allí la comisión continúo hasta el sector de los Cedros del PNN Cueva de los Guácharos. En la Figura 3 acompaña a la comisión de campo el señor Carlos (Silvio) Anacona Samboní, miembro de la Corporación Andakíes. De izquierda a derecha, Andrés Felipe Castrillón, Carlos Anacona, Gustavo Garzón, Manuel Fernando López y Luisa Fernanda Meza. Figura 3. Miembros de la comisión de campo del SGC y PNN. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I En la Figura 4 se muestra el recorrido de 45 minutos, en camioneta desde Palestina hasta la vereda La Mensura, cuyo desplazamiento fue registrado con el GPS del sistema MovilDOAS que se utilizó en la comisión de campo. Figura 4. Zona de estudio SGC-PNN abril, 2018. En la Figura 5 se observa el recorrido desde La Mensura, ingresando al Parque Nacional Natural por la quebrada la Cascajosa, luego se atraviesa el sector del Robledal, se llega al Mirador y luego al lugar conocido como La Hacienda. A unos 400 metros del lugar hasta donde llegan los semovientes, queda la entrada a la Cueva de los Cuadros (01˚ 38´ 16” N, 76˚ 05´ 55” W, 1.686 m.s.n.m.). Tal como se observa en la Figura 5, después de la Hacienda se debe pasar por el puente del río Suaza, sobre la conocida “garganta” o “cañón”. A unos 300 metros de este lugar está la entrada de la Cueva del Hoyo (01˚ 37´ 21” N, -76˚ 06´ 08” W, 1.844 m.s.n.m.). Caminando unos 10 minutos se llega al sector de los Cedros donde están las instalaciones de PNN Cueva de los Guácharos. A pocos minutos de estas instalaciones se encuentran las entradas a las Cuevas del Indio (01˚ 36´ 47” N, -76˚ 06´ 43” W, 2.188 m.s.n.m.) y de los Guácharos (01˚ 36´ 26” N, -76˚ 06´ 40” W, 2.170 m.s.n.m.). Una explicación más panorámica de la localización de las cuatro cuevas dentro del PNN Los Guácharos se muestra en la Figura 6. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 5. Camino para llegar al sector de los Cedros. Figura 6. Localización de las Cuevas del PNN Los Guácharos, Huila. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 1.1.1.2 Cuevas de San Agustín En la Figura 7 se ilustra el recorrido que la comisión institucional realizó en febrero de 2018, para acceder a la Cueva del Naranjal (01˚ 50´ 36” N, -76˚ 16´ 34” W, 1.773 m.s.n.m.) del municipio de San Agustín, Huila. Desde la ciudad de Popayán, pasando por el Parque Nacional Natural de Puracé, el cual hace parte del Cinturón Andino, se atravesó por el lado sur toda la Cadena Volcánica de los Coconucos, pasando por Paletará y San José de Isnos hasta llegar al crucero Pitalito-San Agustín. En el casco urbano de San Agustín se toma la vía hacia la vereda El Naranjal, pasando por la sede de los Bomberos. Cerca de la Cueva del Naranjal, se halla también la entrada a la Cueva del Diablo (01˚ 50´ 23” N, -76˚ 16´ 37” W, 1.703 m.s.n.m.) y la Mina de Mármol (01˚ 49´ 48” N, -76˚ 16´ 48” W, 1.632 m.s.n.m.). Figura 7. Localización de la Cueva El Naranjal de San Agustín, Huila. 1.1.1.3 Cueva del Tigre en Yaguará En octubre de 2017 se visitó y estudió la Cueva del Tigre (02˚ 44´ 26” N, -75˚ 28´ 59” W, 814 m.s.n.m.), localizada en el municipio de Yaguará en el departamento del Huila, muy cerca del Embalse de Betania, en la vereda Upar, tal como se observa en la Figura 8. Para llegar desde el norte, se debe viajar por la vía que comunica la ciudad de Neiva con Campoalegre para luego llegar al municipio de Hobo. Desde el occidente o el sur del país, se debe pasar por La Plata o Garzón y Gigante para llegar hasta Hobo. En el municipio de Hobo se debe desviar por la vía que conduce hacia la represa de Betania. Existe también una vía buena pero muy poco transitada desde Neiva hasta Rivera y de allí hasta el Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I municipio de Yaguará. En Yaguará se debe consultar la vía hasta la vereda Upar, perteneciente al mismo municipio. Figura 8. Localización de la Cueva del Tigre de Yaguará, Huila. 1.1.2 Departamento de Santander En el departamento de Santander se lograron explorar e investigar los siguientes cuatro sectores de ambientes subterráneos: 1.1.2.1 Sistemas kársticos de El Peñón Existen dos sectores alrededor del municipio del Peñón con muy visitadas cavernas, los cuales se indican a continuación: 1.1.2.1.1 Sector norte del municipio de El Peñón En un radio de 11 km al norte del municipio de El Peñón se encuentran cinco cavernas conocidas como: Cueva de Los Osos (06˚ 09´ 19” N, -73˚ 47´ 51” W, 1.168 m.s.n.m.), Hoyo Horrible (06˚ 08´ 24” N, -73˚ 48´ 13” W, 1.434 m.s.n.m.), Cueva Puerta de los Cerros (06˚ 07´ 53” N, -73˚ 48´ 16” W, 1.818 m.s.n.m.), Cueva del Aguila (06˚ 07´ 26” N, -73˚ 47´ 50” W, 1.890 m.s.n.m.) y Hoyo de la Campesina (06˚ 07´ 64” N, -73˚ 47´ 40” W, 1.845 m.s.n.m.), entre las veredas Santa Bárbara y La Hermosura (Figura 9). 1.1.2.1.2 Sector occidental del municipio de El Peñón Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Casi dentro del casco urbano, en un radio menor a 5 km en el sector occidental del municipio de El Peñón se localizan cinco cavernas conocidas como: Cueva de Los Carracos (06˚ 05´ 00” N, -73˚ 49´ 58” W, 2.454 m.s.n.m.), Cueva del Atún (06˚ 03´ 24” N, -73˚ 49´ 45” W, 2.653 m.s.n.m.), Cueva de la Basura (06˚ 03´ 26” N,-73˚ 49´ 37” W, 2.636 m.s.n.m.), Cueva de La Limpieza (06˚ 03´ 14” N, -73˚ 49´ 39” W, 2.695 m.s.n.m.) y Cueva de La Neblina (06˚ 02´ 58” N, -73˚ 49´ 23” W, 2.645 m.s.n.m.) Figura 9. Localización de las Cuevas del sector Norte de El Peñón, Santander. Figura 10. Localización de las Cuevas del sector Occidental de El Peñón, Santander. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 1.1.2.2 Cueva El Nitro de Villanueva En la Mesa de Barichara, municipio de Villanueva, vereda Aguafría se encuentra la Cueva del Nitro (06˚ 42´ 53” N, -73˚ 11´ 46” W, 1.249 m.s.n.m.) y la Gruta Paula (06˚ 42´ 41” N, 73˚ 11´ 13” W, 1.283 m.s.n.m.) tal como se muestra en la Figura 11. Para llegar a Villanueva desde Bucaramanga, se debe tomar la vía por Floridablanca, Piedecuesta, Aratoca, Curití, SanGil. Figura 11. Localización de la Cueva El Nitro de Villanueva, Santander. Figura 12. Localización de la Cueva El Yeso de Curití, Santander. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 1.1.2.3 Cueva El Yeso de Curití La última cueva visitada en el año 2018 fue la Cueva El Yeso (06˚ 40´ 26” N, -73˚ 05´ 02” W, 1.646 m.s.n.m.), localizada a 12 km del municipio de Curití, Santander, en la vereda El Placer (Figura 12). 1.1.3 Departamento del Valle del Cauca En el departamento del Valle del Cauca se lograron ubicar y visitar dos cuevas, las cuales no muestran interés para nuestros estudios, pues no tienen el desarrollo y la estructura que permitan la acumulación de gases. 1.1.3.1 Cueva del Duende en Toro En la Figura 13 se muestra la ruta de acceso a la Cueva El Duende (04˚ 34´ 07” N, 76˚ 07´ 50” W, 1.345 m.s.n.m.), localizada en la Finca El Morral de la Vereda La Chica del municipio de Toro, Valle del Cauca. Figura 13. Localización de la Cueva Del Duende de Toro, Valle del Cauca. 1.1.3.2 Cueva de San Pedro en El Aguila En la Figura 14 se muestra la ruta de acceso a la Cueva San Pedro (04˚ 57´ 15” N, 76˚ 03´ 02” W, 1.384 m.s.n.m.), localizada en la Vereda del mismo nombre del municipio de El Aguila, Valle del Cauca. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 14. Localización de la Cueva San Pedro de El Aguila, Valle del Cauca. 1.1.4 Departamento del Putumayo En la Figura 15 se puede observar la localización de la Cueva Urcusique (01˚ 02´ 26” N, -76˚ 37´ 10” W, 470 m.s.n.m.), la Cueva San Carlos (01˚ 03´ 06” N, -76˚ 37´ 15” W, 517 m.s.n.m.) y la Cueva Ecoturayah (01˚ 03´ 40” N, -76˚ 37´ 28” W, 520 m.s.n.m.), en la vía que comunica los municipios de Villagarzón y Mocoa en el Putumayo. Figura 15. Localización de las Cuevas en el Putumayo. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 1.2 Volcanes Los volcanes de lodo visitados durante la fase I del proyecto, se localizan en el triángulo que forman los municipios de Santa Catalina – Turbaco – Cartagena en el departamento de Bolívar. En la Figura 16 se puede observar la ubicación de los cuatro volcanes de lodo estudiados. Los volcanes de montaña o volcanes con características magmáticas y/o hidrotermales, donde se adelantaron los ejercicios de inter-comparación de respuesta instrumental: Azufral (01˚ 05´ 23” N, -77˚ 43´ 19” W, 4.070 m.s.n.m.), Galeras (01˚ 13´ 04” N, -77˚ 21´ 17” W, 4.276 m.s.n.m.), Puracé (02˚ 18´ 52” N, -76˚ 23´ 45” W”, 4.650 m.s.n.m.) y Nevado del Ruiz (04˚ 53´ 19” N, -75˚ 19´ 04” W, 5.321 m.s.n.m.) se encuentran ubicados cerca de los municipios de Túquerres (Nariño), San Juan de Pasto (Nariño), Puracé (Cauca) y Villamaría (Caldas), respectivamente. Los datos específicos de localización de estos cuatro volcanes pueden ser consultados en: https://www2.sgc.gov.co/sgc/volcanes/VolcanAzufral/Paginas/default.aspx https://www2.sgc.gov.co/sgc/volcanes/VolcanGaleras/Paginas/generalidades-volcangaleras.aspx https://www2.sgc.gov.co/sgc/volcanes/VolcanPurace/Paginas/generalidades-volcanpurace.aspx https://www2.sgc.gov.co/sgc/volcanes/VolcanNevadoRuiz/Paginas/generalidades-volcannevado-ruiz.aspx Figura 16. Volcanes de lodo en el triángulo Santa Catalina-Turbaco-Cartagena. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 2 METODOLOGÍA Siempre antes de ejecutar una comisión de campo, se realizan revisiones bibliográficas de trabajos ejecutados previamente en cada zona de estudio. Para el ingreso a las cavernas o volcanes se disponen de elementos de seguridad tales como: cuerdas dinámicas de 30 m., guantes, arnés, ochos, jumares, máscaras antihongos, cascos, botas (pantaneras o de alta montaña), lámparas frontales y lámparas de alta potencia de 150 leds y 1000 lumens, máscaras antigases, tanque de oxígeno. Así mismo, se dispone de suficientes baterías de repuestos, tipo AA, AAA y 9V. La instrumentación científica utilizada en las comisiones de campo 2017 y 2018, estuvo compuesta por: 2.1. Sistema movilDOAS Un sistema movilDOAS – Espectroscopía de Absorción Optica Diferencial (Platt y Stutz, 2008) mostrado en la Figura 17, se utiliza en mediciones de gases desde un vehículo en movimiento dentro del espectro electromagnético UV-Vis. Este sistema es utilizado por algunos selectos grupos de investigación desde satélites, avionetas, helicópteros, barcos, carros y caminando, para cuantificar gases presentes en la atmosfera, utilizando como fuente de luz al Sol en horario diurno o la Luna en horario nocturno (Garzón et al., 2013). El sistema móvilDOAS se compone de un GPS, un pequeño telescopio con filtro UV, una fibra óptica, un mini-espectrómetro, un PC, un software específico y un experto científico que traduzca la información generada; Figura 17. Sistema móvilDOAS de la red NOVAC. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 2.2. Termopar En la Figura 18 se muestra un termopar utilizado en las mediciones de temperaturas del aire interno de las cuevas. Este sistema aprovecha la relación directa entre la temperatura y la fuerza electromotriz que se crea cuando se ponen en contacto dos conductores de electrones (metales). Se utilizó un termopar tipo k, donde por variación de la temperatura, la unión de dos metales generan fuerzas electromotrices medidas como diferencia de potencial, variación que se traduce en términos de grados Celsius; Figura 18. Termopar tipo k. 2.3. Sistema de cámaras de ionización En la Figura 19 se muestran los componentes de un sistema de cámaras de ionización utilizados en la cuantificación de las partículas alfa que se producen cuando el gas radón Rn222 se desintegra naturalmente; 2.4. Cámara infrarroja de barrido frontal Cámaras infrarrojas de barrido frontal fueron utilizadas en campo para captar radiación térmica en los rangos de frecuencias entre la luz visible y las ondas de radio, exactamente entre los 750 nm y 1 mm (Figura 20); Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 19. Sistema de cámaras ionizantes. Figura 20. Cámara Infrarroja de barrido frontal. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 2.5. Cámara 4k ultra alta definición En la Figura 21 se muestra un ejemplo de cámara 4k UHD utilizadas para la grabación en formato de video, de los diversos procesos investigados en ambientes de cavernas, volcánicos y mineros. 2.6. Mediciones internas de distancias Dadas las difíciles condiciones dentro de las cavernas para adelantar mediciones de las alturas y amplitud de las galerías y corredores principales, se utilizaron distanciómetros láser de última generación como los mostrados en la Figura 22. Figura 21. Cámara 4k UHD. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 22. Distanciómetro láser. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 3 3.1 RESULTADOS Cavernas Los resultados más destacados por su aporte de nuevo conocimiento, se describen a continuación, tanto en ambientes cavernícolas naturales, como antropogénicos. 3.1.1 Cueva del Indio En la Figura 23 se muestra el equipo humano que trabajó en la Cueva del Indio: José Anacona (Andakíes), Manuel Fernando López (PNN), Gustavo Garzón (SGC), Miller Anacona (Andakíes), Luisa Fernanda Meza (SGC), Carlos Cortéz (PNN) y Andrés Felipe Castrillón (SGC). Figura 23. Equipo de trabajo en la Cueva del Indio del PNN. El ingreso a la Cueva del Indio se realizó por el mismo lugar por donde ingresan los turistas, el cual se muestra en la Figura 24. En la Figura 25 se aprecia un mapa con la distribución de las principales galerías que conforman la Cueva del Indio. Una vez se ingresa por la entrada ubicada entre las galerías de los Laberintos y las Columnas, la cual tiene una altura variable entre 80 y 120 cm, se observa utilizando lámparas de alta potencia, un salón por donde inicia el Corredor Principal de 750 m de largo. Las alturas del Corredor Principal varían entre 1.4 y 21.6 m, tal como se puede observar en la tabla 1. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 24. Entrada a la Cueva del Indio del PNN. Figura 25. Galerías en la Cueva del Indio del PNN. (Mejorado del original tomado de: González y Morales, 1990) En la Figura 25, además del Corredor Principal destacado con color amarillo, se observan las siguientes diez (10) galerías: 1. Laberintos (color gris); 2. Columnas (color naranja), Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 3. Decámetro (color crema); 4. Pizarras (color negro); 5. Borugas (color oliva); 6. Apagón (color gris oscuro); 7. Bóvedas (color caoba); 8. Cirios (color lavanda); 9. Altar (color Salmón); y, 10. Araña (color lima). A través del Corredor Principal de la Cueva del Indio se realizaron mediciones de alturas y amplitudes de algunos lugares, tratando de cuantificar las dimensiones más destacadas. En la Figura 26 se muestra la ubicación de los 14 sitios donde se realizaron las mediciones con el sistema láser. Figura 26. Sitios de mediciones con láser (explicado en el texto). En la Tabla 1 se reportan los datos obtenidos. El sitio 7, corresponde al sector del Pesebre. El sitio 8 es la estalagmita más grande en el Corredor Principal. El sitio 10 es la Cascada de los espeleotemas. El sitio 11 es la ventana de la galería Apagón. El sitio 14 es conocido como la Manta. En la Figura 27 se muestran los valores de las temperaturas medidas con el termopar, al interior de algunas galerías de la Cueva del Indio. Las temperaturas estaban en el momento de las mediciones entre 16.8 y 18.1oC, indicativo de un agradable microclima. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Tabla 1. Dimensiones en el Corredor Principal de la Cueva del Indio PNN. Ver Figura 24. ALTURA ANCHO MAX. ALTURA SITIO SITIO MAX. (m) (m) MAX. (m) ANCHO MAX. (m) 1 12.2 6.3 2 12.9 13.7 3 10.6 16.7 4 14.2 10.5 5 12.0 19.4 6 1.4 9.2 7 11.6 21.6 8 11.8 14.0 9 15.0 5.9 10 17.0 17.0 11 1.4 4.5 12 22.5 18.0 13 14.3 10.9 14 19.1 5.3 Figura 27. Temperaturas en la Cueva del Indio del PNN. Durante la comisión de campo, se instalaron en cinco (5) de las diez (10) galerías de la Cueva del Indio, sistemas de cámaras de ionización con sensores para partículas alfa, con Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I el fin de medir concentraciones del gas radiactivo Radón-222 (Rn222), el cual se produce naturalmente a través de la cadena de desintegración radiactiva desde el Uranio-235 (U235) pasando por el Radio-226 (Ra226). El gas radón es incoloro, insaboro e inoloro. Es fácilmente transportado por los gases y sirve de trazador de vientos dentro de las cavernas. El gas radón tiene propiedades horméticas (Garzón, 2006), pues dependiendo de la dosis inhaladas puede servir de tratamiento terapéutico (Becker, 2004) o generar cáncer pulmonar (Ruano-Ravina et al., 2012). En la Figura 28 se muestra un mapa de gas radón de la Cueva del Indio, donde se observa que no se midieron niveles de radón en las galerías: Borugas, Apagón, Bóvedas, Altar y Araña. En las galerías donde se midieron niveles de radón, los resultados indicaron que en Laberintos y Pizarras las concentraciones estuvieron por debajo de los 50 pCi/L (picoCurios por litro de aire); en Cirios el valor estuvo por debajo de los 100 pCi/L. En la galería Decámetro el valor de radón alcanzó los 221 pCi/L; y en especial en la galería de las Columnas se midieron las mayores concentraciones de 426 pCi/L. En la Tabla 2 se reportan los resultados de las mediciones del gas radón, así como las respectivas incertidumbres de las mediciones, las cuales estuvieron entre 5 y 15%, considerado aceptable. Figura 28. Mapa de radón en la Cueva del Indio del PNN. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I En la Tabla 3 se explican las configuraciones (combinación cámara-sensor) de las cámaras de ionización utilizadas en cada una de las mediciones realizadas en la Cueva del Indio, en la campaña ejecutada en el mes de abril de 2018. Tabla 2. Concentraciones de Rn222 en la Cueva del Indio PNN GALERÍA CONFIGURACIÓN Rn222 (pCi/L) ERROR (%) Laberintos LST 31 5 Columnas LLT 426 15 Decámetro SST 221 5 Pizarras SST 41 5 Cirios SST 56 5 Tabla 3. Configuraciones para las mediciones de Rn222. CONFIGURACIÓN CÁMARA VOLUMEN (mL) SENSOR CARACTERÍSTICA LST Grande 60 ST Muy sensible LLT Grande 60 LT Poco sensible SST Estándar 250 ST Muy sensible Tomando al gas radón como un buen trazador de flujos de aire, se construyó la Figura 29. Se puede asegurar que la Cueva del Indio es un sistema subterráneo ventilado, pues dispone de siete (7) entradas y el transito del río Suaza genera perturbación atmosférica, lo cual facilita la generación de gradientes de presión. El empuje de masas de aire se reproduce al interior de la mayoría de las galerías existentes dentro de la Cueva del Indio. Es también observable que aparentemente la galería (o túnel) de las Columnas es el subsistema de la Cueva del Indio que menor perturbación atmosférica tiene, lo cual resulta reflejado en su alta capacidad de atrapar gases en su interior. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 29. Mapa de vientos dentro de la Cueva del Indio del PNN. 3.1.2 Cueva de los Guácharos En la Cueva de los Guácharos se utilizó una cámara infrarroja de barrido frontal, dado que en actividades que adelantan los funcionarios de PNN Cueva de los Guácharos, realizan monitoreo permanente a los nidos de los Guácharos, donde deben utilizar largas escaleras para lograr cuantificarlos y estudiarlos. A la entrada de la Cueva de los Guácharos se obtuvieron varias imágenes infrarrojas, de las cuales se reportan las más destacadas en las figuras 30-32. En colores blanco y rojo se observa la emisividad térmica producida por los guácharos presentes en los nidos. En medio de la oscuridad es destacable las manifestaciones de vida, expresadas por la radiación térmica que transfieren al aire circundante, como lo observado en la imagen térmica de la Figura 31 donde se destaca un nido con dos polluelos y en la Figura 32, se observa la radiación térmica emitida por un guácharo en vuelo. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 30. Imagen térmica en la penumbra de la entrada de la Cueva de los Guácharos. Figura 31. Imagen térmica de nido de guácharo con dos polluelos. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 32. Imagen térmica de un guácharo volando. 3.1.3 Cueva del Tigre De acuerdo con las mediciones realizadas al interior de la Cueva del Tigre, existe una zona con poca ventilación caracterizada por relativos altos contenidos de partículas alfa, principal trazador del gas Rn222, tal como se muestra en la Figura 33 en perfil vertical y en la Figura 34 en planta. Las temperaturas del interior del sistema kárstico se muestran en la Figura 35 en perfil vertical y en la Figura 36 en planta, donde se observan zonas microclimáticas con temperaturas entre 22 y 28oC, claramente diferenciadas de las temperaturas externas medidas entre 32 y 34oC. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 33. Rn222 en la Cueva del Tigre: perfil vertical. Figura 34. Rn222 en la Cueva del Tigre: en planta. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 35. Temperaturas en la Cueva del Tigre: perfil vertical. Figura 36. Temperaturas en la Cueva del Tigre: en planta. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 3.1.4 Mina de azufre de Puracé En mediciones realizadas dentro de la mina de azufré de Puracé, se registraron valores importantes de Sulfuro de Hidrógeno H2S, el cual tiene origen hidrotermal. Las concentraciones del H2S alcanzan valores de 1.375 ppm en la entrada a la mina y cerca del frente de explotación supera las 12.000 ppm, tal como se observa en la Figura 37. El dióxido de carbono CO2 fue registrado en un recorrido en carro desde la Planta Procesadora, pasando por la Bocamina y entrando hasta uno de los frentes de explotación, observándose variaciones de su composición en el aire interno (Figura 37). Entre la Planta Procesadora y la Bocamina se registraron valores relativamente constantes de 605 ppm, mientras que en un frente de explotación su valor alcanzó los 2.138 ppm, valor considerado extremadamente alto y nocivo para la salud de los trabajadores de la mina. Figura 37. CO2 y H2S en la Mina de Azufre de Puracé. 3.2 Volcanes En ejercicios de evaluación de respuesta instrumental, con el fin de atender compromisos internacionales de aseguramiento de la calidad de los datos generados, se realizaron mediciones inter comparativas de instrumentación científica del grupo FISQUIM y de colegas de las Universidades de Heidelberg de Alemania y Palermo de Italia. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 3.2.1 Volcán Azufral El volcán Azufral ha mostrado actividad manifiesta por transferencia de calor y masa en cinco fuentes termales alrededor del edificio volcánico (Lesmes et al., 2004), en el interior caldérico en la Laguna Verde y en su interfase con un domo activo y el sector de la playa. 3.2.1.1. Cámara IR El día 17 de marzo de 2017 se utilizó una cámara FLIR (Forward Looking InfraRed) con el propósito de detectar fuentes de radiación térmica en Laguna Verde y el domo activo del volcán Azufral, así como en sus interfases. En la Figura 38 se muestra una imagen tomada con una cámara en la región Vis del espectro electromagnético; mientras que en la Figura 40 se muestra otra imagen tomada en la región IR. Para estos registros, se instaló el sistema en la región de la Playa, sector N, dirigiendo la mira en sentido SE. En color azul quedaron registradas aquellas zonas con mínimo forzamiento radiativo hacia la atmósfera, localizadas donde ha crecido algún tipo de vegetación, visibles en el sector W del domo activo y bien abundante en el domo del sector E, al fondo de la imagen. En la zona de mayor mineralización en la parte alta del domo activo (imagen visible, Figura 38), es manifiesta una mayor transferencia de calor hacia el entorno, observable en la imagen infrarroja, Figura 39 en colores tanto amarillos, como blancos. Figura 38. Imagen visible Laguna-Domo del volcán Azufral. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 39. Imagen termográfica Laguna-Domo del volcán Azufral. 3.2.1.2 In situ Laguna Verde Para posteriores análisis de isótopos en laboratorios por espectrometría de masas, se realizaron varios muestreos tal como se observa en la Figura 40. La relación isotópica δ13C(CO2) es un importante indicador de la génesis de los fluidos terrestres, fundamentada en la relación másica de una misma especie elemental. Figura 40. Muestreos para análisis isotópicos. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 3.2.2 Volcán Galeras Para el período que se reporta, las velocidades de los vientos han sido relativamente bajas, cercanas a los 0.6 m/s influyendo directamente en los valores de los flujos de los gases volcánicos, incluido el dióxido de azufre SO2. 3.2.2.1 EscanDOAS NOVAC-FISQUIM En la Tabla 4 se resumen algunos datos para el SO2, registrados en dos estaciones permanentes DOAS del Volcán Galeras. Velocidad del viento = 0.6 m/s. Los flujos de SO2 registrados por las estaciones permanentes de la red NOVAC son muy bajos, casi nulos, si se tiene en cuenta que en el período eruptivo del año 2001, los flujos máximos de SO2 alcanzaron valores superiores las 10.000 t/d (Burbano, et al., 2015). Tabla 4. Datos NOVAC-DOAS transmitidos en tiempo real en el volcán Galeras. FLUJO SO2 FLUJO FECHA ESTACIÓN (t/d) Kg/s t/d Alto Tinajilla 0.3 72 16-mar-2017 84 Alto Jiménez 0.5 96 Alto Tinajilla 0.4 72 17-mar-2017 108 Alto Jiménez 0.7 144 Alto Tinajilla 0.3 72 18-mar-2017 84 Alto Jiménez 0.5 96 Alto Tinajilla 0.4 96 19-mar-2017 96 Alto Jiménez 0.4 96 Alto Tinajilla 0.4 72 20-mar-2017 72 Alto Jiménez 0.3 72 Alto Tinajilla 0.3 72 21-mar-2017 72 Alto Jiménez 0.4 72 Alto Tinajilla con espectrómetro ADUD6559. Alto Jiménez con espectrómetro D2J2139. La total ausencia de dióxido de azufre SO2 fluyendo desde el interior de un edificio volcánico, es un importante indicativo de la inexistencia de un cuerpo magmático a superficie. De esta manera, se puede asegurar con base en los datos recientes de los flujos de SO2 registrados por los sistemas permanentes de la red NOVAC instalados en el volcán Galeras, que el volcán se encuentra en un estado de actividad base o mínima. 3.2.2.2 MóvilDOAS NOVAC-FISQUIM El día 16 de marzo de 2017 se realizaron mediciones en el rango UV-Vis entre los 388 y 592 nm del espectro electromagnético solar, mientras se caminaba con un instrumento miniDOAS alrededor del cráter principal del volcán Galeras, sistema conocido como móvilDOAS (Figura 41). Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 41. Componentes del sistema móvilDOAS en el volcán Galeras. Figura 42. Moléculas de SO2 medidas en el volcán Galeras. 16-mar-2017. En la Figura 42 se muestran las dos mediciones más destacadas de varias realizadas el mismo día. Una primera medición se inicia desde la parte baja del cono activo, al nivel de la antigua laguna La Trucha, y se continúan registrando espectros cada 110 ms e integrándolos cada 5 s, mientras se asciende hasta el borde del cráter conocido como El Pinta. Se observa que la dirección del viento no estaba dirigida en ese intervalo de Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I tiempo entre las 09:27:13 hasta las 09:57:13, pues los valores de dióxido de azufre SO 2 no superan 20 ppm-m. En una siguiente medición realizada desde el cráter El Pinta y la parte baja, antes de ascender hacia la fumarola El Paisita, la intensidad de luz bajó notablemente por interferencia meteorológica, lo cual generó datos con muy alta incertidumbre y por esto no fueron graficados, ni se reportan. Desde las 10:01:16 se realizó una medición bordeando el sector W de la fumarola El Paisita, el cual se reporta en la Figura 42, y en el cual se detectó una máxima concentración de dióxido de azufre SO2 hasta de 198 ppm-m, valor considerado muy bajo e indicativo de la baja actividad mostrada por el volcán Galeras en 2016. Se puede considerar que el cuerpo magmático que ascendió a superficie en el período 2001-2004 se cristalizó y aún no se observan evidencias de nuevo cuerpo magmático en la superficie del cráter activo. 3.2.2.3 MG_DECADE_FISQUIM Un sistema permanente MultiGas había sido instalado en octubre de 2014 en desarrollo del proyecto internacional DCO-DECADE Deep Carbon Degassing, financiado por el Alfred Sloan Foundation a través del Carnegie Institution de Washington. Durante una tormenta eléctrica ocurrida en el 2015 el sistema MultiGas resultó afectado y por tanto con presupuesto de DCO-DECADE el sistema tuvo que ser enviado por correo externo CaliSicilia para su reparación y calibración. Una vez calibrado, se cambiaron las estrategias de adquisición de datos en los volcanes colombianos, acoplando el sistema MG en forma móvil. El día 21 de marzo de 2017 se realizaron mediciones de gases volcánicos en las fumarolas el Paisita, Chavas y Urcunina del cráter activo del volcán Galeras. En la Tabla 5 se muestra un resumen de datos registrados de las máximas concentraciones de la humedad relativa y algunos gases como el dióxido de carbono CO2; mientras que en la Figura 43 se muestra la gráfica comparativa de los datos colectados con sensores electroquímicos para los gases sulfuro de hidrógeno H2S y dióxido de azufre SO2, indicativos relativos respectivamente de los aportes hidrotermal y magmático del sistema volcánico del Galeras en el momento de las mediciones. Tabla 5. Datos registrados en la fumarola el Paisita del volcán Galeras. 21-mar-2017. hora:min:s Rh (%) SO2 (ppm) H2S (ppm) CO2 (ppm) H2S/SO2 08:57:08 64.0 0.2 0.5 1966 2.5 09:01:37 65.9 0.2 2.3 677 11.5 09:15:37 68.3 3.4 11.9 937 3.5 09:16:04 68.9 3.0 8.1 867 2.7 09:21:32 65.0 5.3 12.7 960 2.4 09:25:02 61.3 1.0 1.9 632 1.9 Rh humedad relativa CO2/SO2 9830 3385 276 289 181 632 En la Tabla 5 se observa una pequeña variación de la humedad relativa en la media hora de mediciones en la fumarola el Paisita del volcán Galeras. También es destacable la baja actividad volcánica, donde se mantiene la transferencia de calor y de masa hacia la Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I superficie en tasas de muy bajo aporte magmático, interpretado desde la relación H2S y SO2 Igual se puede comentar sobre la relación CO2 y SO2 donde los valores indican aportes no profundos de estos gases, explicación que debe ser corroborada con información adicional sobre la génesis de los gases, por ejemplo mediante detalladas investigaciones de sus relaciones isotópicas. Figura 43. Emisiones de H2S y SO2 en el volcán Galeras: sistema Multigas. 3.2.2.4 Cámara UV Figura 44. Imagen de la dinámica del flujo del SO2: cámara UV. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I El día 21 de marzo de 2017 se dejó funcionando en forma automática una cámara UV para SO2, con la cual se registraron secuenciales videos ultravioleta, visible y DOAS en los rangos correspondientes a las mejores firmas espectrales de este gas. Se elaboró un video de 5 minutos donde se observa la simultánea dinámica del dióxido de azufre SO 2 desde las fumarolas el Paisita, Chavas y Urcunina del cráter activo del Galeras, para ilustración del cual se muestra en este reporte sólo una imagen del video en la Figura 44. En la Figura 44 en la fumarola Urcunina, localizada dentro del cráter activo, se observan en color azul claro y en forma difusa contenidos de SO2 entre los 60 y 90 ppm-m, normalmente invisibles para el ojo humano. En las fumarolas Chavas y El Paisita se registraron concentraciones de SO2 superiores a las 200 ppm-m. Este es un ejemplo que nos demuestra que las columnas que observamos salir de los volcanes activos, normalmente corresponden al vapor de agua; mientras que los demás gases volcánicos con huellas espectrales en regiones UV y/o IR normalmente son sólo detectadas con instrumentos científicos, como en este caso la cámara UV utilizada en esta comisión de campo. 3.2.3 Volcán Puracé El día 24 de marzo de 2017 se realizaron mediciones simultáneas con sistemas MultiGas y cámara termográfica en varios lugares del volcán Puracé. 3.2.3.1 MG_DECADE-FISQUIM Figura 45. CO2 y H2S en la fuente termal San Juan. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I En la Figura 45 se muestran los resultados de las mediciones de los gases dióxido de carbono CO2 y sulfuro de hidrógeno H2S en la fuente termal San Juan. Son destacables las relativas altas concentraciones de CO2 superiores a 2.000 ppm, e incluso llegando a valores críticos de 9.249 ppm. 3.2.3.2 Cámara IR Durante la misión de campo en la cima del volcán Puracé el día 23 de marzo, se utilizó una cámara FLIR para realizar mediciones térmicas en la fumarola Lateral, una de las cuales se muestra en la Figura 46. Figura 46. Imágenes Vis-IR en la fumarola Lateral del volcán Puracé. El sistema Forward Looking InfraRed FLIR mide: la distancia desde la cámara hasta la fumarola, la humedad relativa del ambiente externo, así como las temperaturas del aire y de la fumarola. En la Figura 46 se pueden diferenciar por colores, los más calientes con color blanco, destacándose que hay dos zonas en la fumarola con temperaturas que alcanzan los 139oC, mientras que los minerales azufre y alunita depositados alrededor, presentan coloraciones índigo, indicativo de relativas menores radiaciones térmicas. Esta clase de mediciones juegan un rol muy importante en ejercicios de calibraciones de respuestas instrumentales, pues en este ejercicio se realizaron mediciones simultáneas Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I con un termopar (medición de la respuesta de la fuerza electromotriz f.e.m. a la cinética de las partículas del aire) y una cámara Infrarroja. El día 24 de marzo de 2017 también fueron llevados a cabo ejercicios termográficos en la fuente termal San Juan (Figura 47). Se observa claramente la importancia de las cámaras IR cuando se desean graficar zonas con gradientes térmicos muy marcados, facilitando otros detalles de mediciones de las temperaturas ambientales. Figura 47. Imágenes Vis e IR en la fuente termal San Juan. 3.2.4 Volcán Nevado del Ruiz El día 4 de marzo de 2017 se realizaron mediciones simultáneas de dióxido de azufre SO 2 entre los sectores del Arbolito- Nereidas y Nereidas-Esperanza. En la Figura 48 se muestra la ruta seguida en carro durante una de estas mediciones con MóvilDOAS. Los espectros obtenidos durante las mediciones se presentan en la Figura 49. Para la primera medida se obtuvo un flujo de SO2 de 4.221 t/d con velocidad del viento de 6 m/s y dirección NW de 107o. Para la segunda medida entre Nereidas-La Esperanza se tuvo un flujo de SO2 de 4.473 t/d con velocidad de viento de 5 m/s y dirección NW 120 o. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 48. Ruta de las mediciones de SO2 con movilDOAS en el NdRuiz. 04-mar-2017. Figura 49. Espectros de SO2 con móvilDOAS en el NdRuiz. 04-mar-2017. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I 4 4.1 TRATAMIENTO PRIMARIO DE LOS DATOS Modelo físicomatemático de transferencia térmica En sistemas terrestres, el flujo de calor no es trivial debido a la heterogeneidad composicional y a los estados de agregación de la materia en la corteza. En particular, la litósfera comprende la roca sólida mientras que la tropósfera contiene aire. Esto indica que el análisis del flujo de calor que hay entre ellas implica varias interfaces de materiales. Por otro lado, la manifestación de la cinética de las partículas presentes en el aire, o calor en una muestra, es la temperatura del mismo. A mayor cinética, mayor calor suministrado al sistema y por tanto, mayor será su temperatura. Esto quiere decir, que el análisis de la dinámica del calor se puede hacer por medio del estudio del perfil de temperaturas de un cuerpo. Este análisis, se obtiene al solucionar la ecuación del calor, la cual generalmente se escribe como: (1) donde es la temperatura observada en el punto del espacio en el instante de tiempo t. α es la difusividad térmica. Esta ecuación indica que la velocidad a la cual el calor se desplaza en una muestra, depende de la diferencia de temperaturas al interior de la misma y de su material. Si la difusividad térmica es alta, el calor se transfiere más fácilmente que en el caso de un valor menor de α. En el caso particular de la interface lito-tropósfera, hay cambios de materiales y esto debe ser considerado en la ecuación, ya que la difusividad térmica varía espacialmente. Matemáticamente esto se expresa de la forma . Esto modifica la ecuación del calor (1) quedando esta de la forma: (2) Esta ecuación, aunque mucho más compleja, permite considerar interfaces entre materiales tales como el aire, cuya difusividad térmica es carbonato de calcio con Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM y el Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 50: Simulaciones en la Cueva del Tigre con el aire cálido y el interior frio. (a) La condición inicial dada es una temperatura uniforme igual a la temperatura del borde rocoso. (b) El borde de aire exterior tiene una temperatura constante de 300K. (c) La difusión del calor es mucho más rápida por el aire que a través del carbonato, donde ocurre resistencia al cambio de temperatura. (d) El borde kárstico en el interior de la cueva siempre está a 280K. Aunque en el cálculo se presenta el hipotético caso en el cual el aire exterior siempre se encuentra a 300K y donde el borde del área de estudio en la parte inmersa en roca siempre está a 280K, se puede observar una dinámica interesante presentada en la Figura 50 (Representación en imagen, correspondiente a un video editado con este propósito). 4.2 Radiactividad subterránea natural La evaluación de los microclimas subterráneos se llevan a cabo mediante cuantificaciones de varios gases. Los gases que se encuentran dentro de los sistemas kársticos y su distribución entre las penumbras y los lugares más profundos, así como su distribución según sus densidades, se observa en la Figura 51. Se puede ver que el nitrógeno N2 y el oxígeno O2, principales componentes del aire troposférico se distribuyen sobre todo en las entradas de las cavernas; muy en su interior, su concentración puede ir disminuyendo, en función de los gradientes de presión de la caverna. Los gases más profundos y densos, se pueden medir principalmente en las zonas más bajas del piso de las cavernas, como el Radón Rn222, el dióxido de azufre SO2 y dióxido de carbono CO2. Los gases dióxido de Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I nitrógeno NO2, monóxido de nitrógeno NO, monóxido de carbono CO, sulfuro de hidrógeno H2S y metano CH4, siempre deben ser medidos en la capas superiores de la atmosfera interna de las cavernas, pues tienen relativas bajas densidades con respecto al aire. Figura 51. Típicos gases presentes dentro de las cavernas. El principal trazador en la evaluación de la ventilación dentro de las cuevas es el gas radiactivo Rn222. Se realizaron mediciones de los isótopos gaseosos radón Rn222 y torón Rn220, pero este último no fue detectado en ninguna de las cavernas estudiadas en la fase I del proyecto. El gas radón Rn222 fue encontrado en importantes concentraciones en cuevas secas; su presencia en las cavernas húmedas visitadas fue muy limitado. Se destacaron dos sistemas kársticos con mayores concentraciones de gas radón Rn222: la Cueva del Nitro de Villanueva (Santander) con niveles entre 400 y 1.600 pCi/L y la Cueva del Tigre de Yaguará (Huila) con nivel máximo de 544 pCi/L. Si se comparan estos valores con los valores que la Agencia de Protección del Medioambiente de los Estados Unidos (Environmental Protection Agency EPA) ha establecido como niveles máximos respirables de 4 pCi/L en viviendas y zonas de trabajo, se observa que los valores medidos son 100% y 300% superiores a esta referencia. La amenaza radiactiva en nuestro planeta tiene dos fuentes: una natural y otra artificial. La artificial con un aporte del 12% está representada en la industria nuclear, la medicina nuclear y algunos electrodomésticos. La amenaza radiactiva natural con un 88 %, tiene origen cósmico en un 13% (Cinturón de Van Allen, viento solar y rayos cósmicos galácticos) y origen terrestres en un 75%. La amenaza radiactiva natural terrestre es producida en un 8% por los elementos sólidos radiactivos (Uranio, Torio, Radio, Potasio); Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I en un 2% presente en el cuerpo humano y un 65% producido por el gas radón (Salazar et al., 2004). La evaluación de los niveles de radiactividad producida por el gas radón Rn222 en la Cueva del Nitro y en la Cueva del Tigre, debe ser realizada desde una óptica hormética (Garzón, 2006), pues las dosis definen al remedio o al veneno (Paracelsi, 1568). El actual conocimiento al respecto enseña que la respiración de altas dosis de gas radón Rn222 por períodos prolongados en términos de años, puede facilitar el bombardeo de partículas alfa, generadas en la desintegración del gas radón Rn222, en los alvéolos pulmonares, llevando a la formación de carcinomas, precursores del cáncer pulmonar. Por otro lado, existen clínicas centenarias en Europa y Asia donde se realizan tratamientos de enfermedades como la artritis, sometiendo al paciente a dosis controladas en zonas naturales con relativos altos contenidos de gas radón Rn222. Todo lo anterior nos enseña que existen lugares como la Cueva del Nitro y la Cueva del Tigre con probable alto potencial para su explotación como centros de tratamientos terapéuticos, siguiendo los protocolos que se siguen en varios países europeos y asiáticos. 4.3 Cavernas en el territorio colombiano En Colombia han sido identificados diversos tipos de cuevas en ambientes glaciares y subterráneos. Las cuevas en ambientes volcánicos, tipo tubos de lavas en cambio no han sido identificados en el territorio colombiano, quizá por las altas densidades de las lavas de los volcanes colombianos, como para permitir un flujo generador de tubos volcánicos. Las lavas de los volcanes activos en Colombia tienen mayor carácter andesítico, lo cual representa una marcada diferencia composicional y de sus propiedades físicas, respecto a las lavas basálticas que generan los volcanes tipo hot spot (Hawaii, Galápagos, Azores, Reunión, Islandia). En los años setentas del siglo pasado, en el volcán Nevado del Ruiz (04˚ 53´ 23” N, -75˚ 19´ 04” W, 5.321 m.s.n.m.) fueron identificadas sendas cuevas glaciares, las cuales desaparecieron durante la reactivación del volcán en 1985. También han sido reportadas en medios periodísticos algunas cuevas glaciares en la Sierra Nevada del Cocuy (06˚ 29´ 42” N, -72˚ 17´ 51” W, 5.340 m.s.n.m.), las cuales requieren de más detallados estudios sobre su estado actual. En relación con las cavernas (cuevas, grutas, hoyos) estudiadas en el presente proyecto en 2017 y 2018, se puede mostrar la Figura 52 donde se realiza una comparación de las cotas de las entradas principales (bocacuevas). Se puede observar que se ordenan por departamento colombiano. Esta clasificación surge del hecho que se están seleccionado sistemas de cavernas que se encuentren sobre cotas superiores a 2.000 metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m.), con el fin de adelantar estudios de la respuesta del cuerpo humano a condiciones cercanas a las que se esperan encontrar en la exploración inicial del planeta Marte. Ya han sido adelantados estudios del comportamiento del cuerpo humano Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I en ambientes subterráneos, por prolongados períodos, en algunas cavidades naturales en Italia y Estados Unidos de América. Los programas CAVE de las agencias espaciales NASA y ESA están muy interesadas en adelantar este mismo tipo de estudios en cavernas a mayores altitudes, buscando respuestas a diversos ambientes, y en especial ha surgido la iniciativa de buscar potenciales cuevas en el Himalaya y en los Andes, para el entrenamiento de los astronautas que iniciarán la exploración humana en el planeta Marte. Figura 52. Cotas de las cavernas estudiadas en 2017-2018 En la Figura 52 se observa que las cuevas del departamento del Putumayo se encuentran a cotas mucho menores que las restantes; en especial, hay sistemas kársticos en los departamentos del Huila y Santander donde las bocacuevas están por encima de los 2.000 m.s.n.m., como las Cuevas de los Guácharos y del Indio en el departamento del Huila; y, las Cuevas de los Carracos, La Basura, La Neblina, del Atún y La Limpieza en el departamento de Santander. De estas, podrían presentar características requeridas en las investigaciones de adaptación a ambientes marcianos, las cuevas santandereanas con simas superiores a -80 m, como las mostradas en la Tabla 6. Tabla 6. Profundidades en las simas de cinco cavernas. CAVERNA Cueva Puerta de los Cerros Cueva del Atún Cueva de la Limpieza Cueva del Aguila Cueva de los Carracos Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM SIMA (m) -205 -159 -147 -120 -85 Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I En una primera aproximación para clasificar las distintas manifestaciones cavernícolas colombianas, podría partirse de las características genéticas y sus manifestaciones topográficas. Por un lado, se debe explorar y confirmar la existencia de cuevas glaciares en los pocos nevados que quedan en el territorio colombiano, principalmente en la Sierra Nevada del Cocuy (06˚ 29´ 42” N, -72˚ 17´ 51” W, 5.340 m.s.n.m.), Nevado del Ruiz (04˚ 53´ 23” N, -75˚ 19´ 04” W, 5.321 m.s.n.m.) y, Nevado del Huila (02˚ 55´ 25” N, -76˚ 01´ 44” W, 5.365 m.s.n.m.). Las cuevas visitadas en el departamento del Valle del Cauca, no presentan características de ambientes kársticos, sino que responden a términos utilizados en la región para designar a algunos cañones o túneles muy cerrados, mas no a aperturas subterráneas producidas por la disolución de las rocas (número ① en la Figura 53). Figura 53. Norte de suramérica durante el Cretácico Temprano: 127.5 Ma. Original de Scotese, C. (2014). Los sistemas kársticos estudiados en la fase I del proyecto fit (2017-2018), se localizan dentro de lo que fue en el Cretácico Temprano (127.5 Ma) el Mar Proto Atlántico en el territorio que hoy ocupa Colombia, cuando las rocas carbonatadas fueron disueltas por acción prolongada del agua (número ② en la Figura 53). El objetivo del proyecto fit es la identificación y cuantificación de gases profundos que pudieran estar almacenados en ambientes subterráneos. Durante el período de exploración Fase I, se encontraron cuevas muy visitadas por los turistas, los cuales han modificado los ecosistemas, perturbando y contaminando con su respiración los contenidos de algunos gases, como el dióxido de carbono CO2. Es conocido que los Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I humanos asimilamos Oxígeno O2 en nuestra respiración y exhalamos dióxido de carbono CO2 en relativas grandes cantidades (~2.000 ppm). La cueva menos visitada es la Cueva del Nitro del municipio de Villanueva, en la cual se encontró la mayor colonia de murciélagos e insectos. Igualmente fue la cueva con mayores concentraciones de gas radón Rn222, indicativo de bajos flujos de aire y por tanto de mejores condiciones de acumulación gaseosa. Los ambientes de mayores acumulaciones de gases, mostraron también mejores condiciones para la formación de grandes zonas de espeleotemas (estalactitas, estalagmitas, cortinas, columnas). La siguiente fase del proyecto fit (2019-2020) debe estar enfocada en investigar otros ambientes profundos, que incluyan cavernas cuarcíticas en los cratones de las zonas orientales de Colombia y parte de Venezuela, incluido Chiribiquete (número ③ en la Figura 53). 4.4 Modelo fisicoquímico de geodinámica en el territorio colombiano Las emisiones gaseosas desde el interior de la Tierra a través de los conductos subterráneos de los volcanes localizados en el territorio colombiano, se pueden interpretar de la siguiente manera: Fueron visitados los volcanes de lodo, ubicados en el triángulo Santa Catalina – Turbaco – Cartagena, los cuales no mostraron en el tiempo de la fase I del proyecto E=mc 2 significativos niveles de desgasificación. Las mediciones ejecutadas no arrojaron datos de importancia para el proyecto E=mc2. Se pretenderá estudiar otras zonas del Caribe colombiano en la Cuenca del Sinú, donde existen evidencias de diapirismo, con el fin de adelantar detalladas investigaciones de sus niveles de desgasificación. Por otro lado, los volcanes que históricamente han manifestado indicios de actividad magmática y/o hidrotermal en Colombia, localizados en la frontera colombo-ecuatoriana, el macizo colombiano y en la cordillera central, han sido monitoreados por los observatorios vulcanológicos de Pasto, Popayán y Manizales desde la década de los ochentas del siglo pasado. La sumatoria de las emisiones del dióxido de azufre SO2 de los volcanes Nevado del Ruiz, Galeras y Nevado del Huila para el período 2007 – 2018, desde la instalación de las primeras estaciones permanentes escanDOAS de la red NOVAC y desde que se empezaron a realizar mediciones movilDOAS, se representan para el dióxido de azufre SO2 en la Figura 54. Se observa que los resultados son expresados en términos de toneladas diarias de SO 2. El período 2017 – 2018 se caracterizó por la baja actividad en los volcanes Galeras y Nevado del Huila; además de la aparente finalización del período de actividad magmática del volcán Nevado del Ruiz. Es importante considerar que dada la alta solubilidad del SO 2 en el magma, este gas ha estado siendo utilizado por prestigiosas comunidades científicas, como trazador del ascenso de cuerpos magmáticos a superficie en ambientes volcánicos. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 54. SO2 magmático de los volcanes Nevado del Ruiz, Galeras y Nevado del Huila (2007-2018). El observatorio vulcanológico de Popayán del Servicio Geológico Colombiano monitoreó la actividad del volcán Nevado del Huila durante el período de alta actividad entre los inicios del año 2007 y finales del año 2010, alertando a la población y a las autoridades sobre el ascenso de cuerpo magmático y los eventos sísmicos y explosivos observados en su cima. También se reportaron emisiones de cenizas que afectaron las poblaciones alrededor del volcán Nevado del Huila. En la Figura 54 se observa en color azul, los relativos altos flujos del dióxido de azufre SO2, impactando la tropósfera de los departamentos del Cauca y Valle del Cauca con valores que fluctuaban diariamente entre varios cientos y miles de toneladas de SO2. La actividad de este volcán disminuyó y se mantuvo relativamente baja desde el año 2011 hasta la fecha de este reporte en diciembre de 2018. En color rojo de la Figura 54 se observa que los flujos del SO2 en el volcán Galeras estuvieron relativamente altos, llegando a valores un poco superiores a las 4.000 toneladas diarias desde mediados del año 2007 hasta finales del año 2011. A partir de este período, tanto las emisiones del SO2, como las manifestaciones superficiales de actividad bajaron significativamente hasta la fecha de este reporte. Los incrementos en los flujos del SO2 del volcán Nevado del Ruiz se empezaron a registrar en las estaciones permanentes escanDOAS de la red NOVAC, finalizando el año 2010, lo cual fue seguido de continuas emisiones de ceniza e incremento en la sismicidad volcánica. Esta actividad, manifiesta por los relativos altos flujos de SO2 se han mantenido hasta mediados del año 2018, cuando el trazador de ascenso de cuerpo magmático a superficie, ha ido disminuyendo. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Es necesario destacar que el período de relativa alta actividad de los volcanes Nevado del Huila (2007-2010), Galeras (2007-2011) y Nevado del Ruiz (2010-2017) coincide con el ciclo 24 de actividad solar 2007-2017 de once (11) años, cuando el número de manchas solares han sido muy manifiestas. Merece iniciarse un tratamiento secundario de los datos, con una revisión histórica a los períodos de manifestaciones de actividad volcánica y tectónica en el territorio colombiano, colocando como ejercicio de potencial correlación, los últimos ciclos de actividad solar, períodos que se destacan en el Modelo Fisicoquímico de Transferencia de Calor y de Masa desde el Interior de la Tierra, mostrado en la Figura 55. Figura 55. Modelo Fisicoquímico de actividad volcánica y tectónica en el territorio colombiano. En color rojo se destacan los períodos entre 1985 y 1995 (11 años) y entre 2007 y 2017 (11 años), períodos de conocidas mayores manifestaciones de actividad volcánica en el territorio colombiano. En color amarillo se destacan los períodos entre 1974 y 1984 (11 años) y entre 1996 y 2006 (11 años), períodos de conocidos terremotos en el territorio colombiano con destacados daños en vidas humanas e infraestructuras. Este ejercicio comparativo requiere tratamientos secundarios de los datos generados, para precisar con más detalles el Modelo General planteado en este informe técnico del proyecto institucional 1000660 Fisicoquímica del Interior de la Tierra, E=mc2 donde se ha tratado de avanzar con los datos generados, en la comprensión de los procesos de transferencia de calor y de masa desde el subsuelo colombiano. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I CONCLUSIONES Una vez finalizada la Etapa I (2017-2018) exploratoria del Proyecto institucional 1000660 Fisicoquímica del Interior de la Tierra E=mc2, se concluye que: - Se investigaron los niveles de radiactividad dentro de 14 cavernas en los departamentos del Putumayo (3); Valle del Cauca (2); Huila (5); y, Santander (4) destacándose que la mayoría presentan ambientes subterráneos relativamente muy ventilados, excepto las que presentaron niveles radiactivos en términos de actividad de gas radón Rn222 entre 400 y 1600 pCi/L: Cueva del Indio del PNN Los Guácharos en el Huila (425 pCi/L); Cueva del Tigre en Yaguará, Huila (544 pCi/L); y, Cueva del Nitro en Villanueva, Santander (1600 pCi/L). - Se identificaron 5 cavernas con desniveles en sus simas, entre -85 y -205 m, todas ubicadas en el departamento de Santander: Cueva Puerta de los Cerros (-205 m); Cueva del Atún (-159 m); Cueva La Limpieza (-147 m); Cueva del Aguila (-120 m); y, Cueva de los Carracos (-85 m). - Se identificaron 7 cavernas con bocacuevas con cotas por encima de los 2.000 m.s.n.m. 5 en el departamento de Santander: Cueva La Limpieza (2.695 m.s.n.m.); Cueva del Atún (2.653 m.s.n.m.); Cueva La Neblina (2.645 m.s.n.m.); Cueva La Basura (3.636 m.s.n.m.); Cueva de los Carracos (2.454 m.s.n.m.); y, 2 en el departamento del Huila: Cueva del Indio (2.188 m.s.n.m.) y Cueva de los Guácharos (2.170 m.s.n.m.). - En Colombia se utilizan los términos cavernas, cuevas o grutas para describir: a) túneles o chañones a cielo abierto, como los identificados en el norte del departamento del Valle del Cauca; b) ambientes kársticos subterráneos, como los estudiados en la fase I del proyecto, en los departamentos del Putumayo, Huila y Santander, ubicados en la zona colombiana que en el Cretácico Temprano estuvo inundado por el Mar Proto Atlántico; y, ambientes cuarcíticos subterráneos como los que se deben estudiar en la zona del Chiribiquete y en general en el cratón guayanés. - Un modelo fisicomatemático de transferencia térmica fue construido tomando como fuente la temperatura troposférica. En una siguiente fase, se considerarán aspectos relacionados con la tectónica regional. - Un preliminar modelo fisicoquímico de geodinámica en el territorio colombiano fue planteado, buscando explicar los recientes fenómenos de actividad volcánica y neotectónica. - Se deben extender las investigaciones a ambientes mineros e hidrocarburíferos. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Becker, K. 2004. One century of radon therapy. International Journal of Low Radiation, Vol. 1, No. 3, 334-357. https://www.radonmine.com/pdf/Becker-One_Century_of_Radon_TherapyIn_J_Low_Rad_0304.pdf Borsdorf, A., Mergili, M., Ortega, L.A. 2013. La reserve de la biósfera Cinturón Andino, Colombia: una región modelo de estrategias de adaptación al cambio climático y de desarrollo regional sustentable?. Revista de Geografía Norte Grande, Vol. 55, 7-18. DOI: http://dx.doi. org/10.4067/S0718-34022013000200002. Burbano, V., Meza, L.F., Garzón, G. 2015. DOAS applications for surveillance of volcanic activity in Colombia. 7th International DOAS Workshop, Brussells, Belgium, 6-8 July 2015, p.31. https://events.oma.be/indico/event/1/ Dziak, R.P., J.H. Haxel, H. Matsumoto, T.-K. Lau, S. Heimlich, S. Nieukirk, D.K. Mellinger, J. Osse, C. Meinig, N. Delich, and S. Stalin. 2017. Ambient sound at Challenger Deep, Mariana Trench. Oceanography 30(2), https://doi.org/10.5670/oceanog.2017.240. Galle, B., Arellano, S., Garzón, G., Hidalgo, S., Mapendano, Y., NOVAC partners. 2013. Inventory of gas emission rate measurements from volcanoes of the global Network for Observation of Volcanic and Atmospheric Change (NOVAC) – Present status of the network and some study cases. IAVCEI 2013 Sceintific Assembly, Kagoshima, Japan, July 23th, Room A03, 17:15-17:30, 3P2_2E-02. Galle, B., Johansson, M., Rivera, C., Zhang, Y., Kihlman, M., Kern, C., Lehmann, L., Platt, U., Arellano, S., Hidalgo, S. 2010. Network for Observation of Volcanic and Atmospheric Change (NOVAC) – A global network for volcanic gas monitoring: Network layout and instrument description. Journal of Geophysical Research, Vol. 115, D05304. Doi: 10.1029/2009JD011823 Garzón, G., Silva, B., Narváez, A., Chacón, Z., Galle, B. 2013. Assessment of SO2 emissions from three colombian volcanoes (2007-2012). Geochange: Problems of Global Changes of the Geological Environment. International Publishing House SWB, Munich, 2013. Vol. 2, 6-14. Garzón, G. 2006. El Radón y la hormesis. Revista Entorno Geográfico, Departamento de Geografía, Facultad de Humanidades, Universidad del Valle, Vol. 4, 73-87. http://entornogeografico.com/index.php/EntornoGeografico/article/view/32/33 Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I González, E.A. y Morales, L.R. 1990. Estudio espeleológico del sistema de cavernas del Parque Nacional Natural Los Guácharos. Informe final. Fundación de Ciencia y Tecnología, Banco de la República, 134pp. Gutmann, A., Bobrowkski, N., Roberts, T.J., Rüdiger, J., Hoffmann, T. 2018. Advances in bromine speciation in volcanic plumes. Frontiers in Earth Science, Vol. 6, 213, 1-24. Doi: 10.3389/feart.2018.00213 Kozlovsky, E.A. (Ed.) 1978. The Superdeep Well of the Kola Peninsula. Berling: Springer Verlag. 558pp. Lages, J., Aiuppa, A., Bernard, A.L., Fischer, T., Narváez, D., Bani, Ph., Moussallam, Y., Schipper, C.I., Burbano, V., Hidalgo, S., Samaniego, P., Le Pennec, J-L., Bernard, B., Garzón, G. 2017. Subduction dynamics, mantle and crustal processes at arc volcanoes, investigated by relative CO2/ST abundances and 3He/4He isotope signatures. IAVCEI 2017 Scientific Assembly, Fostering Integrative Studies of Volcanoes, Portland, Oregon, USA. Agosto 14-18, 2017, Abstract p. 565/1268. http://iavcei2017.org/ Lesmes, L.E., Bobadilla, L., Hernández, M.L., Cañón, Y., Mojica, J., Garzón, G. 2004. Mineralogía y fisicoquímica de las fuentes termales del departamento de Nariño. Boletín de Geología, Escuela de Geología, Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga, Vol. 26, No. 42, 57-66. ISSN 0120-0283. https://www.researchgate.net/publication/256845631_Mineralogia_y_fisicoquimica_de_l as_fuentes_termales_del_departamento_de_Narino Liubimov, P. 2018. Expedición a la Cueva Veriovkina en marzo de 2018. https://speleoatlas.ru/caves/veryevkina-5828/ Lübcke, P., Lampel, J., Bobrowski, N., Arellano, S., Galle, B., Garzón, G., Hidalgo, S., Vogel, J., Warnach, S., Platt, U. 2016. DOAS evaluation of volcanic SO2 using a modeled background spectrum: Examples from the NOVAC stations at Nevado del Ruiz (Colombia) and Tungurahua (Ecuador). Atmospheric Measurement Techniques, Vol. 9, No. 2, 56775698. Doi: 10.5194/amt-9-5677-2016 Lübcke, P., Bobrowski, N., Galle, B., Garzón, G., Vogel, L., Platt, U. 2014. Bromine monoxide and sulfur dioxide from NOVAC spectra at Nevado del Ruiz volcano, Colombia. Solid Earth, Vol. 5, 409-424. Paracelsus, T., 1568. Philosophiae et Medicinae: Compendium. Basile Ae, M.D., LXVIII. Antiquariat inlibris, Viena, 120pp. Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Ruano-Ravina, A., Prini-Guadalupe, L., Barros-Dios, J.M., Abal-Arca, J., Leiro-Fernández, V., González-Silva, A.I., Golpe-Gómez, A., González-Barcala, F.J., Pena, C., Montero-Martínez, C., Martínez-González, C., Mejuto-Martí, M.J., Veres-Racamonde, A. 2012. Exposición a radón residencial y cáncer pulmonar en nunca fumadores. Resultados preliminares del estudio LCRINS. Archivos de Bronconeumología, Vol. 48, No. 11, 405-409. www.archbronconeumol.org/es/pdf/S0300289612002086/S300/ Salazar, S.P., Hincapié, W.A., Garzón, G. 2004. El gas radón: una amenaza radiactiva natural. Boletín de Geología, Escuela de Geología, Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga, Vol. 26, No. 42, 87-93. ISSN 0120-0283. https://www.researchgate.net/publication/256845623_EL_GAS_RADON_UNA_AMENAZA _RADIACTIVA_NATURAL Scotese, C. 2014. Atlas of Early Cretaceous Paleogeographic Maps, PALEOMAP Atlas for ArcGIS, volume 2, The Cretaceous, Maps 23 - 31, Mollweide Projection, PALEOMAP Project, Evanston, IL.. 10.13140/2.1.4099.4560. DOI: 10.13140/2.1.4099.4560 Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Ciclo Terrestre del Carbono Profundo Figura 2. Zonas de estudio fit 2017-2018 Figura 3. Miembros de la comisión de campo del SGC y PNN Figura 4. Zona de estudio SGC-PNN abril, 2018 Figura 5. Camino para llegar al sector de Los Cedros Figura 6. Localización de las cuevas del PNN Los Guácharos, Huila Figura 7. Localización de la Cueva El Naranjal de San Agustín, Huila Figura 8. Localización de la Cueva del Tigre de Yaguará, Huila Figura 9. Localización de las cuevas del sector Norte de El Peñón, Santander Figura 10. Localización de las cuevs del sector Occidental de El Peñón, Santander Figura 11. Localización de la Cueva El Nitro de Villanueva, Santander Figura 12. Localización de la Cueva El Yeso de Curití, Santander Figura 13. Localización de la Cueva del Duende de Toro, Valle del Cauca Figura 14. Localización de la Cueva San Pedro de El Aguila, Valle del Cauca Figura 15. Localización de las cuevas del Putumayo Figura 16. Volcanes de lodo en el triángulo Santa Catalina-Turbaco-Cartagena Figura 17. Sistema movilDOAS de la red NOVAC Figura 18. Termopar tipo k Figura 19. Sistema de cámaras ionizantes Figura 20. Cámara infrarroja de barrido frontal Figura 21. Cámara 4k UHD Figura 22. Distanciómetro láser Figura 23. Equipo de trabajo en la Cueva del Indio del PNN Figura 24. Entrada a la Cueva del Indio del PNN Figura 25. Galerías en la Cueva del Indio del PNN Figura 26. Sitios de mediciones con láser Figura 27. Temperaturas en la Cueva del Indio del PNN Figura 28. Mapa de radón en la Cueva del Indio del PNN Figura 29. Mapa de vientos en la Cueva del Indio del PNN Figura 30. Imagen térmica en la penumbra de la bocacueva de los Guácharos Figura 31. Imagen térmica de nido de guácharo con dos polluelos Figura 32. Imagen térmica de un guácharo volando Figura 33. Rn222 en la Cueva del Tigre: perfil vertical Figura 34. Rn222 en la Cueva del Tigre: en planta Figura 35. Temperaturas en la Cueva del Tigre: perfil vertical Figura 36. Temperaturas en la Cueva del Tigre: en planta Figura 37. CO2 y H2S en la mina de Azufre de Puracé Figura 38. Imagen visible Laguna-Domo del volcán Azufral Figura 39. Imagen termográfica Laguna-Domo del volcán Azufral Figura 40. Muestreos para análisis isotópicos Figura 41. Componentes del sistema móvilDOAS en el volcán Galeras Figura 42. Moléculas de SO2 medidas en el volcán Galeras: 16mar2017 Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM 9 10 12 13 14 14 15 16 17 17 18 18 19 20 20 21 22 23 24 24 25 26 27 28 28 29 30 31 33 34 34 35 36 36 37 37 38 39 40 40 42 42 Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Figura 43. Emisiones de H2S y SO2 en el volcán Galeras: sistema Multigas Figura 44. Imagen de la dinámica del flujo de SO2: cámara UV Figura 45. CO2 y H2S en la fuente termal San Juan Figura 46. Imágenes Vis-IR en la fumarola Lateral del volcán Puracé Figura 47. Imágenes Vis-IR en la fuente termal San Juan Figura 48. Ruta de las mediciones del SO2 con móvilDOAS en el NdRuiz: 04mar2017 Figura 49. Espectros de las mediciones del SO2 con móvilDOAS: 04mar2017 Figura 50. Simulaciones en la Cueva del Tigre Figura 51. Típicos gases presentes dentro de las cavernas Figura 52. Cotas de las cavernas estudiadas en 2017-2018 Figura 53. Norte de suramérica durante el Cretácico Temprano: 127.5 Ma Figura 54. SO2 magmatico de tres volcanes activos colombianos (2007-2018) Figura 55. Modelo fisicoquímico de la geodinámica en el territorio colombiano Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM 44 44 45 46 47 48 48 50 51 53 54 56 57 Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Dimensiones en el Corredor Principal de la Cueva del Indio PNN Tabla 2. Concentraciones de Rn222 en la Cueva del Indio PNN Tabla 3. Configuraciones para las mediciones de Rn222 Tabla 4. Datos NOVAC-DOAS transmitidos en tiempo real en el volcán Galeras Tabla 5. Datos registrados en la fumarola El Paisita del volcán Galeras: 21mar2017 Tabla 6. Profundidades de las simas de cinco cavernas Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM 30 32 32 41 43 53 Fisicoquímica del Interior de la Tierra – Informe Fase I Servicio Geológico Colombiano, Grupo de Investigación FISQUIM
