Sobre el Comportamiento de Aerosoles y Erupciones Volcánicas

INTRODUCCIÓN

Con el descubrimiento de la posible correlación entre las variaciones ionosférica-sísmica a mediados de la década de los setenta, los investigadores se volcaron en la búsqueda de otros fenómenos que de manera explícita e implícita pudieran demostrar la idea de que las variaciones ionosféricas por presencia de aerosoles también podrían estar presentes previamente a erupciones volcánicas. Los estudios de V.A. Liperovsky y S. Pulinet (2005) compilados y explicados posteriormente por Astro (2011)  (https://clubdeastronomia.wordpress.com/2011/04/04/sobre-los-mecanismos-de-correlacion-ionosfera-litosfera/) se enfocaron plenamente en la comprensión del mecanismo de conexión entre la ionósfera y la litósfera enfatizando categóricamente la posible interacción de aerosoles en el fenómeno. Si bien todos los análisis permitieron finalmente reforzar la teoría, la oportunidad de poder establecer la relación con la mecánica volcánica se mostró de manera esquiva y ambigua, y por tanto desechada en primera instancia. Sin embargo, las observaciones realizadas durante las últimas erupciones volcánicas en Indonesia, Japón y Sudamérica permitieron revivir las teorías de la correlación ionosfera-aerosoles-volcanes, abriendo el universo de hipótesis que permitan entender el fenómeno. El siguiente trabajo por tanto, tiene como objetivo poner en el tapete la posibilidad de que efectivamente, la presencia de aerosoles permite establecer la inminencia de erupciones volcánicas.

LA PRESENCIA DE VARIACIONES MAGNÉTICAS PRE-ERUPCIÓN

Las observaciones de S.Uyeda (2000) antes y durante la erupción del volcán Izu en Japón (Junio 2000) permitieron evidenciar una interesante variación en la frecuencia del campo geomagnético antes de las señales eruptivas. Variaciones en la intensidad del potencial geoeléctrico también fueron sensadas por los equipos, reflejado por el comportamiento de la frecuencia crítica ionosférica foF2. Por meses se analizaron los principales agentes desencadenantes de esta sintomatología, hasta que finalmente se determinó que los aerosoles emanados por la caldera los días previos a la explosión podrían ser la causa de los cambios electromagnéticos. Bien es sabido que los gases ionizados tienen esta facultad sobre los campos eléctricos, apuntando los dardos especialmente a la presencia de Radón (Rn) como propuso S. Pulinet (2009).

OBSERVACIONES EMPÍRICAS DEL FENÓMENO IONOSFÉRICO-VOLCÁNICO

El 4 de Junio de 2011, el volcán Puyehue, en el límite chileno-argentino (-40.583333 -72.083333) hizo erupción de manera sorpresiva, generando un programa de evacuación de más de 530 personas en las cercanías del Cordón Caulle, y la posterior paralización del tráfico aéreo en Argentina, debido a la espesa nube de cenizas volcánicas aglutinada en el aire (https://clubdeastronomia.wordpress.com/2011/06/04/volcan-puyehue-y-monitoreo-solar/). Ante este escenario surge la interrogante: ¿Cómo establecer una inter-relación entre la actividad volcánica y atmosférica?

Pues bien, de acuerdo a las observaciones de Dobrovolsky (1979) revisadas por Astro (2011) en el trabajo “Método Integrado de Predicción Símica” sobre el Radio de Preparación Sísmica (EPZ), el área de riesgo sísmico es equivalente al área afectada por las variaciones ionosféricas y a su vez, aproximada al área donde las emanaciones de Radón son perceptibles, la que puede ser tan amplia como miles de kilómetros. En base a esta afirmación, los sensores de emisión de Radón más cercanas al área de explosión volcánica deberían presentar variaciones singulares, tal como muestra el registro de AOT (Aerosol Optical Thickness) en la estación de Trelew, Argentina (43°15’00”S, 65°18’32”W)  separada 630 kms de Puyehue, los días previos a la explosión:

Comportamiento de los Aerosoles en los días previos a la explosión de Puyehue

El trend rojo indica la presencia de Radón, cuya longitud de onda es de 1020 Armstrongs. Estos incrementos también explicarían la serie de sismos registrados en el área de la explosión horas antes del desencadenamiento de la erupción. Las emanaciones posteriores al día del clímax confirman que la emisión de aerosoles desde la fumarola alteran considerablemente la tasa de aerosoles ionizados sobre el territorio argentino:

Comportamiento de los Aerosoles en los días posteriores a la explosión de Puyehue

EL MÉTODO INTEGRADO APLICADO AL MONITOREO VOLCÁNICO?

El hecho de que Dobrovolsky relacione el área de preparación sísmica con las zonas donde teóricamente se ha de producir la ionización por presencia de Radón permite inferir que las emanaciones de gas ionizado desde regiones volcánicas previas a erupciones podrían ser un factor equivalente al epicentro teórico deducido en el Método Integrado de Predicción Sísmica propuesto por Astro (2011) (https://clubdeastronomia.wordpress.com/ 2011/01/16/metodo-integrado-de-prediccion-sismica/).  El siguiente ejercicio permitiría, en teoría, calcular el área de preparación sísmica (o área de preparación volcánica) obtenido para la erupción del volcán Puyehue:

De acuerdo a las estimaciones realizadas por los físicos de la Universidad Nacional de Rio Negro (Argentina) presentadas en el trabajo “Potencia de la erupción del volcán Puyehue como un problema de Fermi” (http://www.unrn.edu.ar/sitio /images/stories/documentos/ divulgacion/puyehue.pdf) la energía liberada por la erupción de Puyehue es de 2,8×10^11 W, es decir, 280.000 MW, equivalente a 1.200-1300 millones de kg de TNT. Esta cantidad puede ser traducida a un valor de magnitud sísmica utilizando el modelo propuesto a continuación:

Conversión de Energía a Magnitud

Donde mTNT es la masa en kilogramos de TNT. En el caso del ejemplo propuesto, la energía liberada por Puyehue es equivalente a un sismo M6,1 – M6,2. Finalmente el radio de preparación sísmica de Dobrovolsky puede ser obtenido mediante el modelo:

Area de preparación sísmica

Donde M es la magnitud calculada. Para el caso de Puyehue entonces, el radio de preparación es de aproximadamente 463 kms, un valor relativamente cercano a los 630 kms que separan el Cordón Caulle con la estación AOT de Trelew (error = 26%).

CONCLUSIONES Y REFLEXIONES FINALES

Con este ejercicio se corrobora la idea de que el método integrado de predicción sísmica de Astro también podría servir para determinar el área afectada por la ionización de los aerosoles emanados antes, durante y después de una erupción volcánica. Desafortunadamente, es imposible predecir la energía que ha de liberar un volcán próximo a su erupción, pero si se podría inferir valores estadísticos en base a factores físicos, tales como el tamaño de la caldera, peridiocidad, altura, tiempo de erupción, y todos los parámetros utilizados por el equipo dela UNRN. Si dicha técnica es lograda, y si el método integrado es considerado, se podría entonces diseñar importantes sistemas de monitoreo y control de riesgo de la población aledaña a los lugares de riesgo potencial, basado en las áreas de preparación obtenidas por los modelos de  Dobrovolsky. La comprensión de estos mecanismos acarreará entonces el mejoramiento de los sistemas de cálculo, haciendo más precisos los resultados y permitiendo finalmente la utilización confiable de estos métodos predictivos.

Club de Astronomía 2011