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Fig. 1 Areas con actividad volcánica pasada y presente en México. Se muestran dos densidades de conos: entre 1 y 30, y entre 31 y 120 conos por cada 1000 km2 (Hernández et al., 1990). Se indican campos de conos por número 1) Campo volcánico Michoacán-Guanajuato (CVMG), 2) Chichinautzin CV, 3) Los Húmeros-Derrumbadas CV, 4) La Primavera CV, y 5) El Pinacate CV.

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Chichinantzin, Los Húmeros-Derrumbadas, La Primavera, El Pinacate) en los que se pueden estudiar tales distribuciones. Hemos escogido el Campo Volcánico Michoacán-Guanajuato (CVMG) para probar una metodología basada en imágenes de percepción remota y modelos digitales del terreno que simplifica la caracterización y el análisis de las distribuciones de conos. El CVMG es un campo de conos particularmente denso, cuyo límite al sur se encuentra a aproximadamente la misma distancia de la zona de subducción que el volcán de Colima. La subducción de la placa del Pacífico bajo la placa de Norteamérica es la fuente más probable de vulcanismo (Mooser, 1968; Nixon, 1982) en el Eje Neovolcánico Transmexicano (ENT). Para campos volcánicos pequeños las ventajas de utilizar esta técnica pueden ser marginales, pero para campos volcánicos con cientos de estructuras los beneficios de este tratamiento serán muy claros.

En un estudio previo del área, Connor (1990) estableció un criterio para identificar conos cineríticos en mapas topográficos en escala 1:50 000. Para que un cono fuera incluido, debería tener un diámetro en la base menor a 2 km, cuatro líneas cerradas de contorno (intervalo entre líneas de 20 m), y debería ser circular o en forma de hoz. El hace notar que los conos cineríticos pequeños son difíciles de identificar en los mapas topográficos y, consecuentemente, los resultados están polarizados en cuanto que los conos pequeños o degradados pueden no estar incluidos en su estudio. Por comparación con áreas previamente estudiadas (Martín del Pozzo, 1982; Connor, 1987) él concluye que en su estudio hay consistentemente una estimación deficitaria en 20% del número de conos, debido a las omisiones de conos pequeños y de conos coalescentes. Connor et al. (1992) han aplicado más recientemente una técnica similar a esa, al campo volcánico de Springerville en Arizona.

Este estudio está dirigido a mejorar la definición de la población total de conos usando un MDT de área y combinaciones radiométricas adecuadas de imágenes de satélite, particularmente imágenes Landsat TM, aunque pueden también incluirse en el análisis imágenes SPOT o MSS, así como fotografías aéreas.

AREA DE ESTUDIO

El área de estudio se conoce como el Campo Volcánico Michoacán-Guanajuato; se localiza entre las coordenadas 101° - 103° W y 18.5° - 20.6° N y se muestra en la Figura 1. El CVMG está en el Eje Neovolcánico Transmexicano, que atraviesa la parte central de México en la dirección E-W y tiene una longitud aproximada de 1000 km.

La distribución de conos cineríticos en el CVMG ha sido previamente estudiada por varios autores; de particular relevancia para este estudio son los trabajos de Hasenaka y Charmichael (1985) y de Connor (1990). Este último autor introdujo la técnica de análisis de cúmulos para dilucidar la relación entre conglomerados de conos. Encontró que la población de conos permanece igual a pesar de variaciones considerables en los radios de búsqueda, concluyendo que los cúmulos están definidos por características estructurales

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Fig. 4 La distribución de conos volcánicos esta claramente asociada a la altitud en el CVMG. La distribución hipsométrica de un área más pequeña se muestra aquí con el volcan Tancítaro en la esquina inferior izquierda; el área más obscura delimita el contorno de 1500 m. La obtención de este mapa es inmediata en el SIG. El mapa está codificado en color en el monitor de la computadora.

de las poblaciones de conos cineríticos. También usó el método de azimut de dos puntos (Zhang y Lutz, 1989), la transformada 2-1) de Fourier (Connor, 1988) para eliminar la subjetividad en la definición de alineaciones significativas en varios cúmulos que contienen 10 o más conos y que alcanzan longitudes de hasta 20 km.

METODOLOGIA

Adquirimos el modelo digital del terreno de todo el país; este modelo fue generado por la Defense Mapping Agency de los Estados Unidos en áreas de 1° x 1° y una densidad de un valor de elevación cada 3 segundos de arco (i. e., aproximadamente un valor cada 90 m). Se construyó un mosaico del área comprendida entre los paralelos 19° y 22° N y los meridianos 100° y 104° W; este mosaicos se muestra en la Figura 2 y representa un área de cerca de 50% del Eje Neovolcánico Transmexicano. El CVMG se encuentra localizado principalmente en el área definida por las coordenadas geográficas 19° - 20' a 20° - 00' N y 101° -40' a 102° - 20' W. El área que se muestra en la Figura 2 se localiza en dos zonas de coordenadas UTM: la 12 y la 14; por ello, para simplificar el manejo completo de la base de datos, se usó un sistema de coordenadas de latitud - longitud en el SIG. Sin embargo, cuando estudiamos áreas pequeñas que quedan en una sola zona UTM usamos coordenadas UTM.

Para tener mayor flexibilidad en el análisis usamos dos SIGs: el GRASS (1993) y el ER-Mapper (1993); su uso está determinado por su habilidad para efectuar una operación dada. El intercambio de datos entre ambos sistemas es directo. La base de datos del MDT puede ser consultada para definir la población de volcanes motivo de este estudio. La obtención de mapas de pendiente, o de aspecto, o la generación de contornos de elevación y de mapas hipsométricos son operaciones simples con el SIG.

La Figura 3 es un acercamiento del área de estudio. En la esquina superior izquierda aparece la rivera este del Lago de Chapala; en la esquina superior derecha se ve una buena porción del Lago de Cuitzeo, y en la vecindad de las coordenadas 19° - 40' N y 101° - 40' W se encuentra el Lago de Pátzcuaro, incluyendo algunas de sus islas.

En el primer paso generamos un mapa hipsométrico del campo volcánico. La Figura 4 muestra la distribución altitudinal a intervalos de 200 m. Las áreas más obscuras están en, o sobre, los 1500 m de altura. La relación entre el altiplano Tarasco y el campo volcánico es directa; el primero se extiende 40 km aproximadamente, en la dirección NE del volcán Tancítaro (19° - 25' N, 102° - 20' W), los pronunciados gradientes en el flanco sur muestran la rapidez con la que se yergue el altiplano volcánico desde las planicies más bajas. Como siguiente paso generamos líneas de contorno y las sobreponemos al mapa hipsométrico. La Figura 5 muestra contornos cada 50 m; las tendencias y las asociaciones entre estructuras volcánicas aparecen más claramente.

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Fig. 5 La generación de contornos en el mapa hipsométrico ayuda a definir, preliminarmente, la distribución de conos en el campo, así como algunas de sus tendencias. En esta etapa se observan la mayor parte de las estructuras, permitiendo la selección de áreas pequeñas en las que pueden identificarse los conos menores.

Las operaciones anteriores ponen en evidencia las tendencias generales de la distribución de volcanes; se requiere, sin embargo, observar áreas específicas a mayor detalle, para seleccionar los conos cineríticos que serán incluidos en el análisis. Un conjunto de conos es seleccionado visualmente en forma preliminar y su posición registrada vía el cursor (mouse); un acercamiento al área de trabajo, así como contornos adicionales, ayudan a definir las estructuras más pequeñas. La Tabla 1 muestra las coordenadas de la población de conos usada en este estudio; aquí sólo una fracción de la población total es considerada. Con ampliaciones de áreas más pequeñas y contornos adicionales se pueden llegar a seleccionar estructuras que no se apreciaban en la escala original, como la que aparece en el área de la Figura 6, en donde 1 cm es igual aproximadamente a 617 m. Las estructuras definidas por los contornos a 20 m no pueden discernirse en el MDT de la Figura 3. Por otro lado, conos con un diámetro basal tan pequeño como 600 m pueden ser fácilmente localizados con la resolución mayor.

Un complemento a este análisis lo constituyen las imágenes de satélite que caracterizan a las estructuras radiométricamente. Las aplicaciones de imágenes de satélite a observaciones de volcanes van desde el monitoreo de temperatura (Abrams et al., 1991) hasta la evaluación de riesgo (Alvarez et al., 1993) y la diferenciación de rocas volcánicas (Spatz et al., 1989). Aquí incorporamos imágenes Landsat TM para ayudar a discriminar estructuras cuya expresión topográfica es dudosa, como el caso de conos erosionados. Con combinaciones adecuadas de las bandas TM el suelo o la vegetación pueden ser realzados o clasificados (García y Alvarez, 1994). En este escrito no hemos incluido el color, por razones de reproducción; a manera de ejemplo incluímos la Figura 7 que muestra una sola banda (TM5) de una porción del área estudiada, que se incluyó como otra capa de información del SIG y que realza la presencia de áreas forestales. Las especies principales en el altiplano Tarasco son pino y roble; el paisaje se alterna entre tierras de cultivos y bosques, dando firmas espectrales radicalmente diferentes. Normalmente los bosques estan asociados a las pendientes mayores, correspondientes a estructuras volcánicas. Las imágenes de satélite también se usan para definir tendencias geológicas regionales, aunque en este estudio no nos ocuparemos de esta aplicación.

ANALISIS DE PROXIMIDAD

El radio de búsqueda es un parámetro que nos ayudará a definir agrupamientos entre la población de conos volcánicos. En este procedimiento definimos una operación en la cual se traza un círculo de radio dado, alrededor de un punto previamente seleccionado; este radio es el radio de búsqueda. Para un radio de búsqueda dado, un porcentaje dado de la población estará conectado. La conexión ocurre cuando los círculos se tocan o se traslapan.

La Figura 8 muestra el resultado de aplicar una serie de radios de búsqueda a la población de conos previamente definida. El radio de búsqueda varia de 2 a 30 km en incrementos de 2 km. La localización geográfica de un cono se muestra como un pequeño punto; este

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Fig. 6 Un acercamiento a una porción del área de estudio. Las líneas del contorno se han trazado a un intervalo de 20 m de. La escala es 1:61 7000 aproximadamente.

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Fig. 7 Banda 5 del TM de una porción del área de estudio. Los bosques se muestran en los tonos más obscuros que en el altiplano tarasco. Los conos volcánicos normalmente tienen asociados bosques a sus pendientes más empinadas.

Tabla 1. Posición geográfica de 319 conos seleccionados para este estudio en el CVMG.

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-102.2885 19.3595 -101.7582 19.6272 -102.0441 19.8426 -102.1083 19.7662 -102.2607 19.4105 -101.7494 19.6255 -102.0114 19.8331

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19.9224

-102. 1047

19.9415

-102. 0676

19.9272

-101.9791

19.9232

-102.0046

19.9639

-101.93 80

19.9371

-101.92 13

19.9423

-101.9077

19.9567 -102.0927 20.0261

-102.028 1

20.0524

-101.9958

20.0340

-101.9595

20.0109

-101. 9328

20.0045

-101.9 149

20.0420

-101.8678

20.0153

-10 1.8499

19.9463

-101.8539

19.9407

-101. 8579

19.9363

-101.8658

19.9280

-101. 8304

19.9431

-101. 7993

19. 955 1

-101. 8180

19.9108

-10 1.8200

19.9013

-101. 7933

20.0376

-101. 7674

20.0627

-101.7717

20. 012 1

-101.9468

19.9427

-101.8738

19.8917

-101. 7769

19. 9659

'II

t"C L do

iL 1L

1 q$.

1 9 20] n lb

Fig. 8 Se muestra la posición de conos seleccionados como un pequeño punto. El radio de búsqueda va de 2 a 30 km en incrementos de 2 km.

u u

NUMERO DE CONOS CONECTADOS

o o o

z

-t o

- o o

o

00 o o nl T

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0- 3 o 0- (t

a

o

es el centro de cada radio de búsqueda. El radio de 2 km alrededor de cada punto es claramente discernible, así como el radio de 6 km.. El radio de 4 km no puede discernirse adecuadamente por la tabla de color (o gris) escogida para esta representación. Los limites de radios de búsqueda mayores a 6 km pueden verse solamente en el borde del cúmulo que contiene a todos los puntos. El resultado de esta operación muestra que para el radio de búsqueda de 2 km hay 23 grupos independientes de conos. Un grupo se define aquí como un conjunto de por lo menos 2 conos conectados. Para un radio de búsqueda de 4 km hay solamente 3 grupos inconexos, y para 6 km y más hay solamente un grupo que contiene la población total de conos de esta muestra. El resultado (Figura 9) muestra gran similitud con el obtenido por Connor (1990) con una población mayor de conos, usando análisis de cúmulos. Como es de esperar al decrecer el radio de búsqueda el número de grupos se acerca al número total de conos. La ventaja de usar un SIG para la definición de grupos es considerable, ya que muchos radios de búsqueda pueden ser analizados en una sola operación; otros métodos requieren de hacer el análisis de agrupamiento repetidamente para cada radio de búsqueda diferente, haciéndolo más engorroso.

ANALISIS DE ALINEAMIENTOS

Las estructuras definidas en la muestra de la Figura 8 pueden ser analizadas para determinar posibles alineamientos. Cada punto que localiza un cono es unido por líneas rectas a todos los demás puntos que localizan conos; después se determina el azimut de cada una de esas líneas. Esta operación genera un número n(n-1)12 de azimutes, en donde n es el número total de conos en el área de estudio. El resultado de esta operación en la distribución volcánica de la Figura 8 se muestra en la Figura 10, en donde se representa gráficamente la distribución de estas orientaciones. Aunque este análisis es solamente el primer paso en el método del azimut de dos puntos (Wagde y Cross, 1988; Connor et al., 1992), que requiere de simulaciones de Monte Carlo para evitar la influencia de la forma del campo volcánico en la distribución de alineamientos, el resultado muestra consistencia con las tendencias NNE del área.

CONCLUSIONES

De los resultados arriba presentados, es claro que el MDT, y las operaciones efectuadas con él, permiten la determinación de poblaciones grandes de conos volcánicos. El uso de imágenes de satélite mejora el proceso de selección en un grado menor. La dilucidación de las relaciones entre los conos del campo volcánico, así como entre agrupamientos de conos, se simplifica grandemente cuando la información se encuentra en un SIG. Esta versión preliminar de la metodología propuesta está siendo refinada para permitir comparaciones directas con mapas a escala 1:50 000, mismos que están siendo digitizados con un barredor.

5

0 0

180 0

90 0

Figi. 10. Gráfica de orientación de todos los pares de puntos en la muestra. La escala corresponde al número de pares de puntos alineados en cada intervalo de 100.

La selección de conos, sus posiciones geográficas, la determinación estadística de sus orientaciones, así como su conectividad, han sido determinadas para una porción del ENT en la parte central de México. Las comparaciones preliminares con resultados obtenidos por métodos más tradicionales de muestreo muestran una buena correlación. Este método de análisis puede ser aplicado a otros campos volcánicos en donde estén disponibles el MDT y las imágenes de satélite correspondientes.

AGRADECIMIENTO

Agradecemos la ayuda material de Alma Luz Cabrera.

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7

DEFINICION DE DISTRIBUCIONES DE CONOS EN CAMPOS VOLCANICOS USANDO DATOS LANDSAT TM Y MDT

Román Alvarez y Roberto Bonifaz Instituto de Geografia

Universidad Nacional Autónoma de México AP 20-850, CP 04510, México, D. F.

Los campos volcánicos con frecuencia contienen un número grande de conos cineríticos. Una tarea básica consiste de determinar el número y la posición de tales estructuras. Métodos previos para definir poblaciones volcánicas incluyen el mapeo geológico directo, la inspección de mapas topográficos y el uso de fotografía aérea. Aquí proponemos un método que involucra el uso de un modelo digital del terreno (MDT), imágenes de satélite, y un sistema de información geográfica (SIG) para determinar la población de conos cineríticos. El área de prueba es una porción del Campo Volcánico Michoacán-Guanajuato, en la parte central de México, en donde hemos seleccionado 319 conos combinando mapas hipsométricos y contornos de elevación generados con el SIG, así como imágenes Landsat TM, en combinaciones de bandas que realzan los bosques asociados con los conos cineríticos. Un análisis de proximidad entre las estructuras, en función del radio de búsqueda, muestra un comportamiento similar al obtenido por análisis de cúmulos. Una determinación estadística de la orientación que incluye a todos los pares posibles de conos, muestra una buena correlación con la tendencia tectónica NE del área. El método substituye con ventaja a técnicas previas para determinar distribuciones volcánicas.