MODELIZACIÓN DE LA AMENAZA DEL VOLCÁN UTURUNCU UTILIZANDO MÉTODOS PROBABILÍSTICOS Y SIG, SUROESTE DE BOLIVIA

Rodolfo Ayala Sánchez Ph.D.Facultad de Ciencias Geológicas, Carrera de Ingeniería Geológica, UMSA, Av. 6 de Agosto. Edif.

HOY, Piso 7. La Paz, Bolivia. rasayala@hotmail.com

RESUMEN

A partir de información recopilada y utilizando modelización probabilística se ha elaborado los escenarios de peligrosidad del Volcán Uturuncu y utilizando la tecnología de los sistemas de información geográfica (SIG) se elaboró el primer mapa de amenaza volcánica del Uturuncu considerado un comportamiento de súper-volcán. Se calculó dos escenarios para un Índice de Explosión Volcánica (VEI) de 5 y 8 respectivamente. Se evidencia aunque el primer escenario es el más probable es el de menor riesgo para los asentamientos humanos cercanos mientras que para el segundo escenario aunque es menos probable es el más riesgoso pudiendo afectar ciudades bolivianas próximas y comunidades de norte de Argentina y norte de Chile en un radio de 179 km. Los periodos de recurrencia de estos dos eventos son de 400 años y 1 Ma. Existen las condiciones geológicas, tectónicas y magmáticas para que el Uturuncu sea en el futuro un súper-volcán. El mapa elaborado se constituye en un instrumento para la información y sensibilización sobre esta amenaza y para establecer medidas de prevención y mitigación ante la eventualidad de una erupción volcánica futura. Palabras claves

Amenaza, peligro volcánico, súper-volcán, probabilidad de ocurrencia.

INTRODUCCIÓN

En Bolivia las amenazas que ocasionan el mayor número de emergencias y/o desastres en orden de importancia son: inundación, helada, granizada, sequia; seguidos por incendios, deslizamientos, vientos huracanados, sismos y plagas (Ayala, 2010) y donde no se mencionan ningún evento adverso asociado a la actividad volcánica, debido a que los volcanes activos no presentan registros históricos de erupciones volcánicas que hayan causado destrucción o damnificados debido a estar en zonas despobladas y tener largos periodos de retorno; sin embargo, las erupciones volcánicas son una de las amenazas geológicas más significativas y potencialmente peligrosas para los asentamientos humanos ubicados en las cercanías de los volcanes, ocasionando pérdidas humanas, ambientales y económicas.

Respecto a las erupciones volcánicas andinas estas se caracterizan por ser explosivas y súbitas eyectando lavas y fragmentos de rocas incandescentes arrojando enormes cantidades de ceniza, gas carbónico, vapor de agua y gases sulfurosos a la atmosfera y pueden expulsar a la atmósfera más de 10 kilómetros cúbicos de ceniza y gases hasta alturas superiores a 25 km (PREDECAN, 2009).

Es importante destacar, el caso de la erupción volcánica del Hauynaputina el 19 de febrero del año 1600 (Índice de Explosividad Volcánica – VEI = 5), ubicado al sur de Arequipa en el Perú, arrojó a la atmosfera unos 11 kilómetros cúbicos de materiales, siendo la ciudad de Arequipa parcialmente destruida, varios pueblos sepultados y se estima que hubo unas 1500 víctimas en el Perú; las cenizas llegaron a Chile, Argentina, Bolivia y Nicaragua (Thouret et al., 1999, 2005), este hecho histórico demuestra la peligrosidad de los volcanes de la región.

En territorio boliviano se tienen identificados 10 volcanes activos que son: Sajama, Parinacota, Quemado (Sacabaya), Tata Sabaya, Irruputuncu, Paruma, Olca, Ollague, Uturuncu y Putana (Ayala, 2014).

Dentro de estos cabe destacar al volcán Uturuncu que mediante estudios de sismicidad local a partir de redes sísmicas temporales, anomalías termales e interferometria radar se ha confirmado su carácter activo (Pritchard et al., 2012 y 2014), además, otros estudios complementarios evidencian que dicho volcán estaría experimentando procesos de deformación superficial de 1 a 2 cm por año), actividad fumarólica sulfurosa y altas tasas sísmicas expresada en forma de enjambres sísmicos (Jay et al.; 2011) y según declaraciones del geólogo de la Universidad Estatal de Oregón, Shanaka de Silva: “El tamaño y la longevidad del aumento no tiene precedentes. Podríamos estar presenciando el desarrollo de una nueva súper-volcán", quien estudia el Uturuncu, desde el 2006 (Los Tiempos, 2012).

La amenaza volcánica se define como la probabilidad de ocurrencia de un evento volcánico en un tiempo y área determinada, siendo el peligro y amenaza términos sinónimos. La amenaza también se denomina el factor externo del riesgo. Las amenazas volcánicas son de carácter múltiple y pueden ser de tipo directo: gases volcánicos, flujos de lava, flujos piroclásticos, caída de cenizas y proyectiles balísticos o indirecto: deslizamientos o derrumbes volcánicos, lahares y tsunamis (INETER y COSUDE, 2011), en el caso del presente artículo se analizó solamente las amenazas volcánicas directas.

El objetivo del presente estudio es elaborar el primer mapa de amenaza del volcán Uturunco mediante la modelización física de la erupción, integrando la información geológica y volcanológica, métodos probabilísticos y la tecnología de los Sistemas de Información Geográfica (SIG) para estimar la peligrosidad de este denominado súper-volcán, a fin de sensibilizar e informar a autoridades y público en general sobre su grado de riesgo.

CONTEXTO GEOLÓGICO

La región de los Andes Centrales forma parte de la Cordillera de los Andes que es una de las regiones de gran actividad volcánica-tectónica correspondiente al denominado: “Cinturón de Fuego del Pacífico” (que se extiende desde las varias islas del Pacifico Sur hasta grandes segmentos de la Cordillera de los Andes). Los volcanes andinos centrales se encuentran distribuidos en la parte occidental del continente sudamericano a unos 250 km de la fosa oceánica, a lo largo de las zonas limítrofes entre los países de Perú, Bolivia, Chile y Argentina, denominada Zona Volcánica Central – ZVC (Figura 1) este segmento se ubica en donde la placa oceánica de Nazca se subduce debajo de la placa continental Sudamericana con un ángulo de subducción normal mayor a los 30 grados en dirección EW (Ayala, 1997, 2000). En dicha zona se tiene identificado 63 volcanes activos que presentan actividad sísmica y/o fumarólica (Ayala, 2014) y varios de ellos han presentado erupciones volcánicas en el pasado geológico reciente (Figura 1).

El volcán Uturuncu se ubica al suroeste de Bolivia, en la región morfoestructural de la Cordillera Occidental, en la Provincia Sud Lipez, del Municipio San Pablo de Lipez, del Departamento de Potosí; al este de la localidad de Quetena Grande (cuyas coordenadas son: 22,267oS y 67,183oW y elevación de 6008 m.s.n.m). Morfológicamente corresponde a un estratovolcán de edad Pleistocena localizado en el Complejo Volcánico Altiplano-Puna (CVAP).

El CVAP es un área volcánica que cubre más de 50000 km2 que abarca la región entre 21 y 24 grados de latitud Sur (Figura 1) de los países de Bolivia, Chile y Argentina (de Silva, 1989), que ha experimentado volcanismo efusivo de tipo andesítico, desde el Mioceno tardío al Pleistoceno temprano, donde ocurrieron erupciones de igminbritas de tipo dacítico que formaron grandes calderas complejas y volcanes compuestos. Debajo del CVAP mediante imágenes sísmicas den 3D se ha localizado un gran cuerpo magmático denominado: Cuerpo Magmático Altiplano Puna (CMAP) entre 4 y 9 km de profundidad y un diámetro de 200 km2 donde al menos un 25% de su volumen estaría en forma de magma (Ward et al., 2014).

A su vez, dataciones radiométricas realizadas a las lavas dacíticas del Uturuncu muestran que el mismo ha estado activo entre 270 a 890 mil años atrás y no se tienen registros de erupciones recientes (Sparks et al., 2008). El área alrededor del volcán Uturuncu muestra terrenos con coladas de lavas, depósitos piroclásticos y muy restringido depósitos

aluviales (Figura 2).

Figura 1: Mapa de los volcanes pasivos (triángulos amarillas) y activos (triángulos rojos) de la denominada Zona Volcánica Central – ZVC y sismicidad representada en círculos (NEIC, 2014). La topografía y batimetría es del modelo ETOPO1 (NGDC, 2014). La flecha indica la velocidad y dirección de convergencia de la Placa de oceánica de Nazca respecto a la placa continental Sudamericana. La línea roja muestra la dirección del perfil topográfico y de sismicidad (A – A') ubicado en la parte superior derecha. La línea azul segmentada muestra la ubicación del CVAP (Elaboración propia).

METODOLOGÍA UTILIZADA

Para elaborar el mapa de amenazas del volcán Uturuncu se ha seguido la siguiente metodología:

Recopilación de la información geológica y volcánica existente sobre el área de estudio. Utilización del software ERN-Volcán es un sistema de cálculo de amenaza volcánica (ITEC Ltda.

2009) que permite calcular la amenaza volcánica como probabilista (considerando el efecto futuro de todos los posibles escenarios que puedan presentarse) a partir de las tasas de recurrencia de erupciones, y para tres tipos de productos particulares relacionados a manazas volcánicas directas: flujos de lava, caída de cenizas y flujos piroclásticos.

Figura 2. Mapa geológico del área alrededor del volcán Uturuncu (SERGEOMIN, 2000) mostrando en líneas de color rojo cada unidad sobre una imagen satelital (Google Earth, 2014), los puntos amarillos representan las comunidades - parte izquierda y vista en perspectiva 3D de la imagen satelital sobre el DEM utilizado - parte derecha (Elaboración propia).

El funcionamiento de ERN-Volcán se describe en los siguientes pasos: Definición y caracterización general de volcanes activos: a partir de la información disponible

(geológica, vulcanológica, estudios de amenaza), se definen las características de los volcanes activos, incluyendo tipo de volcán, tipo de productos y VEI máximo registrado.

Localización geográfica de los posibles centros de emisión del volcán: con base en la morfología del edificio volcánico, se definen los lugares específicos o centros de emisión en los cuales puede iniciarse la expulsión de material.

Definición de recurrencia de eventos a partir de información histórica: con base en el catálogo de erupciones históricas, se definen las tasas de excedencia de valores específicos de VEI.

- Modelo de distribución de flujos de lava- ERN-Volcán emplea un modelo de escurrimiento de flujos de lava, el cual es indicativo de

todos los posibles caminos que puede tomar determinado flujo, siendo emitido desde un punto particular, en función de la topografía particular del volcán. El modelo verifica la diferencia de altura entre celdas contiguas del Modelo Digital de Elevación (DEM) utilizado, para determinar hacia donde puede escurrir el flujo de lava (ASTER GDEM, 2014 con resolución espacial de 30x30 m).

- Modelo de distribución de flujos piroclásticos- ERN-Volcán emplea el modelo de Cono de Energía para caracterizar la extensión probable

de flujos piroclásticos en una erupción determinada donde la energía de la nube de gases y partículas que colapsa desde la columna creada por la erupción (altura), disminuye con la distancia desde el punto de eyección con la diferencia entre la línea de energía y la topografía calculando la extensión probable de impacto del flujo.

- Modelo de distribución de caída de cenizas- El modelo de distribución de cenizas volcánicas de ERN-Volcán es un modelo de advección-

difusión, en el cual las partículas son difundidas por la turbulencia atmosférica y la advección horizontal del viento, y son depositadas luego por la acción de la gravedad.

Modelación de distribución de productos volcánicos: para dos escenarios: el primero con VEI=5 (erupción pliniana) y el segundo con VEI = 8 (súper-volcán – erupción ultra-pliniana).

Definición de los niveles de amenaza en seis intervalos (Tabla 2). Introducción los escenarios generados por ERN-Volcán en un SIG considerando los seis

intervalos de amenazas considerados (Tabla 2). Elaboración de los mapas probabilísticos de amenazas finales.

Debido a que no se tiene datos detallados de las erupciones volcánicas recientes del Uturuncu se tomó en cuenta datos inferidos de otras explosiones pasadas basado en Felpeto (2002) e INETER-COSUDE (2011) mostrado en la Tabla 1.

Tabla 1. Datos utilizados para modelar los dos escenarios de amenaza volcánica del Uturuncu.

VARIABLE VEI = 5 VEI = 8Altura de la columna (Hc) 20 km 40 kmAltura del volcán (Hv) 6008 m 6008 mCoeficiente de difusividad (ke) 2000 m2/s 2000 m2/sParámetro de la forma de columna (A) 1 1

Velocidad del viento (m/s) (TDE S.A., 2009)7 m/s (z=0)

11 m/s (z=25 km)7 m/s (z=0)

11 m/s (z=40 km)Dirección del viento (acimut) (TDE S.A., 2009) 85o 85o

Tamaño medio de la partícula (ф) -2 -2Desviación de distribución (σф) 3 3Espesor del flujo de lava 20 m 20 mAngulo del cono de energía 30o 30o

Tasa de Recurrencia de las erupciones (Tr) 1 cada 103 años 1 cada 106 añosVolumen de ceniza expulsado 109 m3 1014 m3

Radio máximo de proyectiles balísticos 5 km 5 kmRadio máximo de alcance de los gases 40 km 100 km

Fuente: adaptado de Felpeto (2002) e INETER-COSUDE (2011).

MAPA DE AMENAZA VOLCÁNICA DEL UTURUNCU

El mapa de peligrosidad volcánica del Uturuncu zonifica los grados de amenaza en seis niveles y sus respectivas probabilidades de recurrencia (Pr) y que son descritas en función a las pérdidas y daños previsibles, las implicaciones para el Ordenamiento Territorial (OT), y los principales procesos eruptivos asociados (Tabla 2) y que deben ser tomados como lineamientos generales para el OT y fundamentalmente como instrumento de información y sensibilización a autoridades y público en general sobre la real peligrosidad del volcán Uturuncu.

El mapa de amenaza volcánica del Uturunco es mostrado en la Figura 3 para un VEI=8 que correspondería al comportamiento de un súper-volcán. Este escenario muestra que existe amenaza de grado muy alto (área roja) en un radio de 5 km, debido a flujo de lavas (Pr>80%) y proyectiles balísticos y no representan riego para las pocas comunidades vecinas; sin embargo, los flujos piroclásticos se extiende hasta un radio de 78 km, siendo los primero 73 km de peligro alto – área naranja (80%≥Pr>60%); después un área pequeña de peligro moderado de color amarillo y de 2 km de espesor (60%≥Pr>40%); después un área de amenaza baja de color verde oscuro de 1 km de espesor (40%≥Pr>20%); y una zona de peligrosidad muy baja con un área de 2 km de espesor de color verde claro (20%≥Pr>0%). Los gases afectarían hasta un radio de 100 km (área verde claro) y representan una amenaza de grado muy bajo. Es importante resaltar que los flujos piroclásticos podrían afectar también asentamientos humanos en el norte de la Argentina y norte de Chile; en el caso de localidades importantes en Bolivia, las cenizas podrían afectar la ciudad de Villazón y si el viento cambia de dirección podría las tefras afectar hasta un radio de 179 km alrededor del volcán formando depósitos con espesores de hasta 5 mm que producirían daños menores en pastizales y cultivos. El periodo de retorno de este tipo de erupción sería aproximadamente de 1 Ma; considerando que el periodo de última actividad volcánica del Uturuncu fue datado entre 270 a 879 miles de años; estaríamos cercanos a cumplirse dicho periodo.

El escenario para una erupción de un VEI=5 (Figura 3) muestra similar comportamiento al de VEI=8 pero con un alcance menor de hasta 70 km de distancia, los piroclastos hasta 29 km de radio. El periodo de retorno de dicha erupción sería del orden de los 400 años. Todos los productos volcánicos eyectados solo afectarían a las pocas y pequeñas comunidades de los alrededores.

Tabla 2. Descripción de los grados de amenaza volcánica y Pr en función a las pérdidas previstas, implicaciones en el OT y procesos eruptivos asociados.

Grado deAmenaza y Pr

Pérdidas y daños previsibles Implicaciones para el

Ordenamiento TerritorialProceso eruptivo

MUY ALTA

Pr>80%

Las personas están en peligro extremo tanto adentro como afuera de los edificios. Existe un peligro muy alto de destrucción total y repentina de las edificaciones, servicios cultivos y medio ambiente.

Zona de prohibición total: no se debe autorizar ningún tipo de edificación y/o asentamiento humano y si existe deben ser inmediatamente reubicados.

Flujos piroclásticos, y/o flujos de

lava y proyecciones

balísticas

ALTA

80%≥Pr>60%

Las personas están en peligro extremo tanto adentro como afuera de los edificios. Existe un peligro muy alto de destrucción total y repentina de las edificaciones, servicios cultivos y medio ambiente.

Zona de prohibición: las personas están en peligro afuera de los edificios, pero no o casi no adentro. Se debe contar con daños en los edificios, pero no destrucción repentina de éstos, siempre y cuando su modo de construcción haya sido adaptado a las condiciones del lugar.

Flujos piroclásticos, flujos de lava,

gases y caídas de cenizas

MODERADA

60%≥Pr>40%

Las personas están en peligro afuera de los edificios, pero no o casi no adentro. Se debe contar con daños en los edificios, pero no destrucción repentina de éstos, siempre y cuando su modo de construcción haya sido adaptado a las condiciones del lugar.

Zona de reglamentación: no se debe permitir la expansión y densificación de asentamientos humanos, siempre y cuando existan y se respeten reglas de ocupación del suelo y normas de construcción apropiados. Construcciones existentes que no cumplan con las reglas y normas deben ser reforzadas, protegidas o desalojadas y reubicadas.

Flujos delava; gases y

caídas de cenizas

BAJA

40%≥Pr>20%

El peligro para las personas es débil o inexistente. Los edificios pueden sufrir daños leves, pero puede haber fuertes daños al interior de los mismos, daños a la agricultura, abrasión, corrosión por gases a maquinarias, equipos y herramientas.

Zona de sensibilización: apta para asentamientos humanos, en la cual los usuarios del suelo deben ser sensibilizados ante las amenazas poco probables de ocurrir y sean con actuar en caso de presentarse.

Flujos delava; gases y

caídas de cenizas

MUY BAJA

20%≥Pr>0%

Existen amenazas que tienen una probabilidad de ocurrencia muy débil y que se pueden manifestar con una intensidad fuerte.

Zona de sensibilización: apta para asentamientos humanos, en la cual los usuarios del suelo deben ser sensibilizados ante la amenazas muy poco probables de ocurrir y sean

Flujos delava; gases y

caídas de cenizas

con actuar en caso de ocurrencia

Sin

Pr = 0%

Ninguna amenaza conocida, o despreciable según el estado actual de conocimientos

Zona de seguridad: sin ninguna restricción para los asentamientos humanos.

Sin

Fuente: modificado de INETER- COSUDE (2011).

Las zonas de bajo a muy bajo grado de amenaza son debido fundamentalmente a la emanaciones de cenizas a la atmosfera que podría perturbar la aeronavegación, ocasionar lluvias acidas con los consecuentes impactos ambientales negativos e inducir enfermedades respiratorias cuando las nubes de cenizas se acerque a centros poblados y daños menores en pastizales y zonas de cultivo.

CONCLUSIONES

- Se ha elaborado para su validación el primer mapa de amenaza volcánica del Uturuncu.- Existen evidencias de la importante deformación en superficie el volcán Uturuncu y la presencia de

un gran cuerpo magmático en profundidad lo que muestra condiciones favorables para que en el futuro próximo el Uturuncu se comporte como un súper-volcán.

- De los dos escenarios calculados, el de VEI=5 sería el más probable que ocurriría en un periodo de retorno de 400 años, mientras que la erupción volcánica con VEI=8 es menos probable y tendría un periodo de retorno de 1 Ma, considerando que las edades de las ultimas erupciones datadas (270 a 890 mil años) muestra que nos acércanos al periodo de recurrencia de dicho evento para cualquiera de los dos escenarios.

- En el caso de la explosión de tipo súper-volcán el riego en las cercanías del volcán debido a las coladas de lava y proyectiles balísticos seria bajo debido que en las cercanías del volcán no hay poblaciones solo pequeñas comunidades; en el caso de flujos piroclásticos estos son los de mayor peligrosidad debido a que tiene mayor rango de alcance; en el caso de gases y en especial de cenizas seria de amenaza baja a muy baja.

- En caso de una súper-explosión del Uturuncu, ciudades bolivianas y las poblaciones ubicadas en el norte de Chile y norte de Argentina serían afectados por los efectos de dicha erupción.

- Es importante efectuar estudios más detallados sobre la historia volcánica del Uturuncu, instalar sistemas de vigilancia de la actividad del mismo y elaborar mapas de riesgo volcánico.

Figura 3. Mapa de amenaza volcánica del área del Uturuncu para un VEI=8 y en la parte superior derecha el escenario para un VEI=5. Los triángulos rojos representan los volcanes activos y los amarillos los pasivos. El circulo azul muestra el alcance de los proyectiles balísticos. El área de color verde claro representa el alcance de los gases. El área roja el alcance de los flujos de lava. Las áreas que podrían ser alcanzada por las cenizas son mostradas con líneas rojas punteadas y el área central muestra la zona donde habría más acumulación de las tefras, menor a los 5 mm de espesor (Elaboración propia).

REFERENCIAS

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