CONSEJO NACIONAL DE

CIENCIA Y TECNOLOGlA

INFORME FINAL PROYECTO

MONITOREO GEOFISICO DEL

VOLCAN PACAYA CONCYT 73.98

Octubre 1,999 - Septiembre 2,000

DR JUAN CARLOS MLLAGRÁN DE LEON M. Sc. HAROLD U! BREEDLOW

DEPARTAMENTO DE FISIU APLICADA FISICC

UNIVERSIDAD FñANCISCO M RROQUIN GUATEMALA, GUATEiWUA

AGRADECIMIENTOS Como se mencionó inicialmente, este proyecto ha contado con el apoyo de instituciones a nivel nacional e internacional. Se contó con el donativo de PCs por parte de la empresa COMLASA, las cuales han sido utilizadas para las distintas actividades relacionadas con adquisición y análisis de datos.

En forma similar, esh~djantes de FISICC han apoyado al proyecto de distintas formas: construcción, calibración y colocación de equipo electrónico; desarrollo de software a la medida para la adquisición, análisis y graficación de datos.

Se contó con un aporte valioso de CONRED, la Coordinadora Nacional para la Reducción de Desastres, en forma de apoyo logística y equipo electrónico, así como de personal de apoyo durante las visitas efectuadas al volcán.

Además se contó con un aporte financiero por parte del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, CONCW. Este aporte ha sido dirigido hacia distintas fases de la investigación. Asi mismo, se ha contado con la asesoría técnica en electrónica por parte de ELECTRONICA CEF de Guatemala, en especial del Dr. Carlos Franke. ,..

Finalmente, se desea agradecer el apoyo internacional para este programa. El personal del Laboratorio de Física Nuclear de la Universidad de Costa Rica, en especial el Dr. Ralph García y Maestro Guillermo Loría han sido una fuente de constante apoyo tanto en el análisis de datos de radón, así como en el procesamiento de datos. Así mismo, el Dr. Michell M. Monnin de la Universidad de MoritPellier ha colaborado mediante la fabricación de sondas electrónicas para el monitoreo de radón en forma más completa. Finalmente, se desea agradecer la contribución que ha brindado el Dr. Otta Kulhanek del programa regional SAREC-SERCA.

Se desea agradecer a todo el personal de CONCYT, CONRED, FISICC, SAREC, UCR, UMP y demás instituciones que han colaborado durante el proyecto. En particular a los consultores de la línea FODECYT, quienes han dado un especial seguimiento y apoyado todas las fases del proyecto.

RESUMEN

Este proyecto ha tenido como objetivo desarrollar y poner en operación una infraestructura de sensores

geofisicos de tipo experimental para el monitoreo de señales precursoras relacionadas con la actividad

eruptiva del volcan Pacaya, con el afán de detectar señales que permitán predecir con días u horas de

anticipación erupciones. La irnplementación del equipo se llevó a cabo en la zona del Patrocinio en las faldas

del volcán Pacaya en enero del año 2,000 y se ha continuado el monitoreo hasta la fecha.

Se implementaron sensores para el monitoreo del gas radioactivo Radón de tipo acnlico que miden la

actividad del radón en forma semanal, habiéndose obtenido una señal precursora para la erupción del 29 de

febrero del año 2,000, la cual se manifestó con una semana de anticipación.

Se implementó una red de sensores de tipo geo-eléctrico con el objetivo de medir en forma contlnua señales

geo-eléctrícas. Para efectos de esta investigación se buscaron señales que emanan del suelo días o semanas

antes de las erupciones. Así como en el caso del radón, se observaron señales de tipo precursor que se

manifesíaron 13 días antes de la erupción del 13 de febrero. Dichas señales continuaron hasta el 18 de marzo

del mismo año 2,000.

Se implementaron dos sensores de tipo magneto-eléctrico para determinar señales precursoras inducidas como

resultado de fluctuaciones del campo magnético terrestre. Sin embargo, no se detectaron señales anómalas

que se puedan asignar como precursoras o posteriores a la enipción.

Además se implementaron sensores geo-eléctricos y geo-magnéticos en San Lucas, Sacatepéquez, para el

monitoreo de señales de este tipo que puedan ser provocadas por la actividad solar, que puedan afectar los

sensores instalados en el volcán Pacaya. La actividad solar es capaz de modificar los campos magnéticos

terreslres, induciendo voltajes direclamente deteclables por los sensores magnéticos, así como señales

eléctricas inducidas por las variaciones de campo magnético. En este sentido la estación de San Lucas es

considerada como la estación de referencia y control para la estación instalada en El Patrocinio en las faldas

del volcán Pacaya.

Aunque al inicio del proyecto se concibió la idea de usar tecnología GPS portátil para medir deformaciones

topográficas, personal de INSIVUMEH comentó a los investigadores que no se ha tenido resultados posilivos

en las investigaciones efectuadas por equipos científicos de Suiza con esta tecnología. Los científicos de

NASA comentan que para determinar señales con resoluciones del orden de milímetros se requiere de una

tecnología GPS de muy alto costo, la cual sobrepasa los presupuestos para equipo asignados por la línea

FODECYT. Adicionalmente, la implementación de esta tecnología en las faldas del volcán activo no es

posible en estos tiempos por motivos de fuerza mayor, dada la existencia de acciones de vandalismo presentes

en las faldas del cono. Durante esta investigación, personas inescrupulosas hurtaron una sonda de radón por

segunda vez en la zona del rodeo en las faldas del cono activo apenas 4 semanas después de iniciado el

monitoreo, dado que el sector, aunque ideal para el monitoreo, es inhabitado, inóspito y el vandalismo ha sido

común en la zona de las faldas por muchos años.

En este informe final se presenta una descripción técnica de los equipos implementados y las hipótesis en las

cuales se basa su implementación los resultados obtenidos a la fecha y conclusiones con relación a este tipo

de monitoreo geofísico.

INDICE

INTRODUCCION

ANTECEDENTES

OBJETIVO

HIPO TESIS

METODOLOGIA

INSTALACION DE SISTEMAS

RESULTADOS OBTENIDOS

ANA LlSlS DE RESULTADOS

CONCLUSIONES

RECOMENDACIONES

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

ANEXO 1: PARTICIPANTES EN EL PROYECTO

ANEXO 2: COORDINACION lNTERlNSTlTUClONAL

ANEXO 3: DATOS EXPERIMENTALES EL PATROCINIO

ANEXO 4: DATOS EXPERIMENTALES SAN LUCAS

INFORME FINAL PROYECTO MONITOREO CEOFlSlCO DEL VOLCAN PACAYA

INTRODUCCION

Foto # 1 : Vista del Volcán Pacaya desde El Patrocinio.

Dado que en sus faldas se sitúan varias comunidades que se encuentran en riesgo, se hace necesario mantener una vigilancia de su actividad para caracterizado y posteriormente

alertar a la población en caso de erupciones.

Este proyecto ha tenido como objetivo la investigación de señales precursoras de origen geofísico relacionadas con actividad eruptiva del volcán Pacaya. Para llevar a cabo el proyecto se han implementado de una serie de sistemas para el monitoreo en las áreas de física nuclear, acústica y electromagnetismo alternas a las tradicionales de sismología. En forma paralela se ha tratado de buscar correlaciones entre las señales detectadas y la actividad eruptiva.

Este reporte contiene información detallada sobre las distintas actividades llevadas a cabo durante el proyecto, un análisis sobre los resultados obtenidos, el status actual y futuro del

proyecto, así como conclusiones generales.

INFORME FlNAL PROYECTO MONlTOREOCEOFiSiCODEL VOLCAN PACAYA

RELEVANCIA DEL PROYECTO

Guatemala es un país incrustado en una zona de fenómenos naturales muy variados. En Guatemala convergen tres placas tectónicas, las cuales han creado enormes cordilleras, cadenas volcánicas y valles. Sin embargo, la interactividad de estas placas genera a su vez temblores, terremotos y fuertes erupciones que estremecen poblaciones, regiones y en algunas ocasiones todo el país.

Mapa # 1 : Mapa de Placas tectónicas de Améríca Central. Las líneas amarillas marcan los

bordes entre las placas. Fuente: Servicio Ceol8gico de Estados Unidos, USCS,

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Paralelo al sistema de placas tectónicas, en Guatemala convergen corrientes climáticas del pacífico y del caribe que han sido esencíales para la creación de los bosques tropicales, la flora y la fauna que hoy conocemos. Como consecuencia de los fenómenos meteorológicos, en ocasiones se presentan en Guatemala fuertes inundaciones,

ocasionadas por tormentas y huracanes que devastan poblaciones, terrenos agrícolas y en ocasiones infraestructura vial.

Por otra parte, la creciente explosión demográfica que experimenta el país está amnconando a los Guatemaltecos de escasos recursos a buscar vivienda y fuentes de trabajo cada vez más cerca de las zonas de alta amenaza con respecto a fenómenos naturales, creándose así zonas de alto riesgo, donde se integran fenómenos naturales y

asentamientos o poblaciones vulnerables.

Como un ejemplo claro de esta situación se presenta la zona de las faldas del volcán Pacaya, en donde están asentadas seis poblaciones muy cerca del cono volcánico activo. El Patrocinio, que en la actualidad cuenta con más de 150 familias, es talvez la población

más afectada por las frecuentes erupciones, dado que por su ubicación al oeste del cono recibe mucha de la ceniza y del flujo piroplástico expulsado por el volcán durante sus erupciones. . .

Como muchas dR las poblaciones de Guatemala, El Patrocinio es una población en riesgo, bajo una amenaza creada por el volcán y una vulnerabilidad social que se liga a la poblacióri local que vive se dedica a la agricultura y la ganadería en la zona.

Dadas estas condiciones de riesgo, es necesario modelar y catalogar la amenaza y las vulnerabilidades que experimentan las poblaciones asentadas en las faldas del volcán Pacaya.

INFORME FliVAt PROYECTO MONITOREO CEOFlSlCO DEL VOLíAN PAíAYA

ANTECEDENTES El volcán Pacaya es uno de los cuatro volcanes activos de Guatemala. Su másreciente ciclo de actividad se inició en marzo de 1961 con una enorme erupción y grandes ríos de lava. Desde ese entonces el volcán ha mostrado su actividad en forma intermitente, con ciclos eruptivos de carácter estromboliano, variando en magnitud y forma.

a la segunda erupción del 29 de febrero.

En años recientes el volcán ha iniciado sus ciclos con una o dos erupciones de gran magnitud ' seguido por una serie de erupciones de pequeña magnitud. En el año 2,000 se presentaron dos erupciones de gran magnitud, una el 16 de enero y otra el 29 de febrero. Dichas erupciones se manifestaron como flujos continuos de lava expulsada a una altura de varios cientos de metros por encima de su cono, así como densas nubes de ceniza y gases que alcanzaron cerca de 10 kilómetros de altura sobre el cono.

Una vez que cesaron estas grandes erupciones, la actividad se redujo a pequeñas expulsiones periódicas de roca y ceniza. Durante un segmento de la época lluviosa en junio y julio de dicho año el volcán presentó pequeñas explosiones en forma aleatoria, relacionadas con actividad de tipo freático. Es interesante notar que una actividad similar ha sido vista en otro volcán activo de Guatemala, el volcán de Fuego. En ambos casos, la infiltración de agua proveniente de fuertes lluvias da lugar a explosiones varias horas después, relacionadas con la drástica expansión del agua cuando esta hace contacto con el magma caliente debajo de la superficie del cono.

1 A la fecha no existe una escala para medir erupciones aceptada en la comunidad cientifica.

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# 2: Segmento del Mapa Geológíco de Guatemala, mostrando la zona I

.a y su localización en relacíón a Guatemala. Los colores indican la geolo ;. Fuente: Mapa Ceológico, Instítuto Geográfico Nacíonal de Guatemala, IGN.

del g ía

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El Instituto de Sismología, Vulcanología, Meteorología e Hidrologia de Guatemala, INSIVUMEH, ha estado llevando a cabo durante varias décadas un monitoreo de tipo sísmico y químico en la zona del Pacaya, catalogando las distintas fases de actividad del volcán. En particular, los científicos del INSIVUMEH reportan como actividad típica del volcán los tremores, que se definen como sismos de muy baja intensidad, pero que se presentan en forma casi permanente; enjambres de sismos, que se definen como secuencias de sismos con epicentros casi coincidentes y sismos de baja frecuencia e intensidad, denominados sismos tipo B.

Adicionalmente, cuando las condiciones climáticas lo permiten, los científicos de INSIVUMEH han llevado a cabo un monitoreo de las emanaciones de gases en el cono empleando para este fin un instrumento denominado COSPEC, que es un espectrómetro que cuantifica emanaciones de gases de distintos tipos, mayormente de azufre y carbón. Este monitoreo tiene como fin determinar los compuestos químicos asociados a las emanaciones gaseosas y por ende, una caracterización de dichas emanaciones.

Sin embargo, las limitaciones financieras de la institución no le han permitido a lo largo de los años establecer un observatorio mejor instrumentado en la zona del cono, por lo cual se hace necesario llevar a cabo estudios e investigaciones adicionales que ie permitan a

INSIVUMEH comprender la vulcanología característica de este volcán.

En contraste a los estudios e investigaciones locales, científicos de vanos piases [l-101

han llevado a cabo mediciones de la actividad del radón con relación a erupciones volcánicas y sismos, reportando en muchos casos la existencia de señales tanto precursoras, como posteriores a estos eventos. El radón es un gas de tipo radioactivo que emana de las rocas que poseen uranio y otros minerales pesados. Además es un elemento que aparece en la cadena de desintegración radioactiva, una de las transiciones por medio de las cuales el uranio se desintegra y se transforma en plomo. Finalmente tiene la peculiaridad de ser un gas noble, con una vida media de casi cuatro días. Como gas, se difunde a través de las grietas y microgrietas y así llega desde las rocas debajo de la superficie, hasta la superficie.

En 1996 el Dr. Villagrán llevó a cabo con el apoyo de CONRED una serie de mediciones de radón en las faldas del volcán Pacaya, que pusieron de manifiesto su posible aplicación como una técnica para la predicción de erupciones.

Por otra parte, desde hace más de una década se está desarrollando la medición de variaciones en los campos electromagnéticos con el afán de estudiar el surgimiento de señales precursoras como resultado de fenómenos en los cuáles las variaciones en la

INFORME flNAL PROYECTO MONITOREO CEOFlSlCO DEL VOLCAN PACAYA

presión en las rocas inducen variaciones en los campos electromagnéticos terrestres. Científicos de varios países Europeos [ll-151, en especial de Grecia y de la antigua Unión Soviética, han desarrollado metodologias para tratar de detectar estas señaies precursoras electromagnéticas. En principio, estas señales precursoras se generan como resultado del efecto piezoeléctrico o alguno similar que experimentan algunos tipos de rocas. Esto ha sido verificado experimentalmente con muestras de rocas de granito y de otros minerales en Grecia [16].

Desde 1997 El Dr. Villagrán opera en Guatemala con el apoyo de CONRED y de la agencia sueca para ayuda técnica, SAREC, un proyecto que tiene como objetivo el monitoreo este tipo de señales y su posible asociación con señales precursoras de terremotos. La extrapolación de esta técnica al caso de erupciones volcánicas sigue las mismas hipótesis basadas en la creación de señales precursoras electromagnéticas como resultado de las variaciones de presión que sufren las rocas que conforma el cono activo. En el caso ds erupciones la variación estaría ligada al magma que vendría ascendiendo, que generaría vatiaciones de presión en estas rocas.

OBJETIVO El proyecto ha tenido como objetivos los siguientes:

k el desarrollo de una infraestructura de sensores geofísicos que monitoreen actividades pre-emptivas de tipo nuclear (gas radón), electromagnético y geográfico (en el caso de GPS).

k Montar dicha infraestructura y monitorear la actividad recabada por cada tipo de censor para tratar de desarrollar modelos integrados que permitan evaluar la aplicabilidad de dichos sensores en la detectabilidad de señales precursoras a erupciones.

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Hl PO TESIS

MONITOREO DE LA ACTIVIDAD DEL RADON:

La película se inserta en la parte superior El radón, un gas noble de tipo radioactivo, se genera como un eslabón en la cadena de desintegración del uranio presente en rocas en el manto terrestre. Con una vida media de 3.8 días, es fácil detectarlo con distintos tipos de detectores, tales como las películas acrílicas y los detectores de carácter electrónico de Silicio.

En ambos casos su detección se logra conforme el elemento se desintegra radioactivamente emitiendo una partícula alfa. El conteo de partículas alfa emitidas por los átomos brindan una idea sobre la concentración de radón presente como gas en cualquier sitio.

Foto # 3: sonda electrónica (izquierda) y película acrílica (derecha) al centro del círculo blanco, ambas para la detección de radón en el suelo.

del tubo de pvc mostrado.

Científicos han observado aumentos en la actividad del radón como resultado de actividad volcánica. Regionalmente, el Dr. Michell M. Monnin, director del Laboratorio de Hidrogeología de la Universidad de Mont-Pellier en Francia, ha sido uno de los pioneros en la aplicación del monitoreo de radón con relación a la actividad sísmica y volcánica.

Específicamente en el caso de erupciones volcánicas, la hipótesis es la siguiente:

lNFORME FINAL PROYECTO MONITOREO CEOFlSlCO DEL VOLCAN P A a Y A

conforme la presión magmática aumenta en la región del cono volcánico, se desencadenan series de microtemblores y microfisums. Estas fisuras a su vez libemn hacia la superficie cantidades mayores mdón. De ahí que conforme se presente una actividad eruptiva, se detecte mayores cantidades de mdón de las que se detecta normalmente.

Es de esperarse que la concentración de radón a ser detectada pueda ser correlacionada con la magnitud de la actividad volcánica en base a la presión que ejerce el magma ascendente. R. García, G. Natale, M. Monnin y J. L Seidel han desarrollado recientemente un modelo geofísico que describe como se pueden producir anomalías en las emisiones de radón como resultado de una perturbación producida por el ascenso de magma [IA. Aunque el modelo predice anomalías, los múltiples factores presentes en el modelo y la imposibilidad actual de medir la presión magmática de la lava conforme asciende hacen imposible una comprobación cuantitativa del modelo, por lo cual se ha enfocado una comprobación de carácter cualitativo en este caso.

SENA L ES EL ECTRO-TELÚRICAS - LA TECNICA VAN

Desde hace dos décadas, científicos del departamento de física de la Universidad de Atenas en Grecia han estado detectando señales precursoras a sismos de carácter electro-telúrico2. Aunque no existe una teoría formal acerca de la creación de dichas señales, experimentos de laboratorio en muestras de rocas indican que conforme varía la presión aplicada a una roca, la misma exhibe un voltaje inducido en sus extremos. Los experimentos muestran que el voltaje índucído en las rocas se puede correlacionar Iinealmente con la variación temporal de presión que experimenta la roca [16].

2 Se le conoce como técnia VAN en honor a sus autores, Varotsos, Alexopoulus y Nomicos.

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Experimentos similares llevados a cabo por el Dr. Villagrán y el Maestro en ciencias Breedlove, del Departamento de Física Aplicada en las cercanías de la falla del Motagua han indicado la presencia de señales de este tipo previo a la actividad sísmica.

Foto # 4: sistema de adquisición de datos en El Patrocinio, compuesto de una ínterfase para filtraje y amplificación de señales y una PC,

En el caso de este proyecto, se presenta la siguiente hipótesis:

conforme asciende el magma a la superficie, se generan enormes variaciones en las presiones que experimentan las rocas que componen el cono. El magma ascendente

produce fracturas y derretimiento de rocas, lo cual puede inducir voltajes capaces de ser detectados en las cercanías del cono.

En forma similar a la de la actividad del radón, la actividad electro-telúrica puede estar relacionada con la actividad volcánica. Es de esperarse que una mayor erupción, una que abarca un mayor flujo de magma hacia la superficie, deberá ser acompañada de mayores variaciones de presión en las rocas, lo que a su vez deberá generar mayores voltajes inducridos.

Con el objetivo de ampliar las técnicas usadas para la detección de señales precursoras, se concibió la instalación de sensores magnéticos para el monitoreo de variaciones en el campo magnético terrestre. En este caso la hipótesis se basa en el ferromagnetismo de

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la lava que contiene minerales de hierro. La lava ascendente podría ser capaz de

modificar en forma mínima, pero apreciable, el campo magnético terrestre en las cercanías del cono.

Desde un punto de vista conceptual, la ley de inducción magnética de Faraday expresa que una variación en el campo magnético es capaz de inducir un voltaje en un conductor. Para el caso de esta investigación se han construído sensores magnéticos en forma de bobinas de 50,000 vueltas alrededor de núcleos de hierro dulce. En este caso el voltaje

magnético inducido se expresa de la siguiente manera:

Vin = K (dBIdt ) NA

Donde el término entre paréntesis indica la variación en el campo magnético con respecto al tiempo, la cual se asociaría a la columna ascendente de magma. K es un factor relacionado con la inductancia magnética de la bobina y está relacionado con el material del cual está hecho el núcleo; el factor N el número de vueltas de la bobina y el factor A

el área que abarca cada vuelta de la bobina. Debido a la pequeña magnitud de las variaciones esperadas, se ha tratado de amplificar el voltaje inducido mediante este número amplio de 50,000 vueltas.

Sin embargo, es importante notar que los autores de la técnica VAN indican que no deben existir señales precursoras de carácter magnético asociadas a la actividad telúrica.

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METODOLOGIA INSTRUMENTACION Y MONITOREO:

RADON:

En el caso del radón se inició el monitoreo utilizando películas acrílicas, dado que no se contó con sondas electrónicas sino hasta mediados de año. Las películas usadas para

esta investigación fueron adquiridas por el Dr. Villagrán con el apoyo del Laboratorio de Hidrogeología de la Universidad de MontPellier. Las siguientes dos figuras muestran el

esquema de instalación de las películas acrílicas.

La película acrílica tipo LR115, manufacturada en Francia por Kodak- Patie, se coloca en la parte superior de una estructura de PVC que contiene material duroport en suspensión para remover vapor de agua (humedad).

Una vez sellado el tubo con la película

adentro, el radón ingresa por la parte inferior del tubo, llega hasta la película y durante su desintegración perfora la película. De esta manera, el número

de perforaciones en la película por unidad de área representa la cantidad de radón presente en la cavidad durante el tiempo en el cual ha estado expuesta la película.

40 cms.

Tapón de PVC de 2' de diámetro

Segmentos de Duroport para absorción de humedad

Tubo de PVC de 2" de diámetro

Figura 1 : Esquema de la estructura de la

sonda para la medición de radón en el

suelo.

En la fotografía # 3 se muestra a la derecha la sonda de radón y una película acrílica encima del papel circular blanco. Para esta investigación se construyeron 3 unidades de este tipo por parte del personal de departamento de física aplicada. La primera fue instalada en el sitio denominado El Patrocinio, la segunda en El El Rodeo y la tercera de repuesto.

1NFORME FINAL PROYECTO MONITOREO GEOFlSlCO DEL VOLCAN PACAYA

Para esta aplicación en la cual se mide la actividad del radón para correlacionarla con actividad volcánica, la sonda mostrada en la figura 1 se inserta en un tubo de PVC de un metro de longitud que está enterrado en el suelo, como se indica en /a figura 2. La sonda se posiciona a un metro de profundidad para minimizar los efectos atmosféricos, tales como la Uuvia, las variaciones de temperatura y de humedad relativa, que en un momento dado pueden afectar las concentraciones del gas radón presente.

Figura 2: Esquema del posic~onamiento de la sonda para l a medición de radón en el suelo.

Imlt Tapón de PW:

Siguiendo las indicaciones típicas para este monitoreo se deja la película durante una semana en el sitio, de tal forma que se obtiene un registro de la actividad del radón acumulada para cada semana, indicativo de la actividad de radón asociada a toda esa semana.

En la fotografía siguiente se muestra a un alumno de ingeniería insertando la sonda en el tubo de PVC en la estación El Patrocinio.

Una vez removida la película, se procesa en el laboratorio de Física IVuclear de la Universidad de Costa Rica.

Foto # 5: Introducción de la sonda de radón en un tubo de PVC enterrado a un metro de profundidad en El Patrocinio.

iNFDRME FlNAL PROYECTO MONITOREO CEOFlSlCO DEL VOLCAN PACAYA

El procesamiento involucra un baño en ácido para aumentar el diámetro de las perforaciones creadas por las partículas subatómicas durante el proceso de desintegración radioactiva del radón y posteriormente un conteo de perforaciones por unidad de área empleando para esto un microscopio de 1,000 aumentos.

TECNICA VA N PARA MONITOREO DE SEÑALES ELECTRICAS

En el caso de esta técnica se hace un monitoreo de señales eléctricas que emanan del suelo en forma permanente. En este se construyen electrodos de plomo inmersos en una matriz de barro húmedo y sal, los cuales se entierran a un metro de profundidad. Por lo general se entierran de 5 a 7 electrodos en el suelo o en las rocas y se miden las diferencias de voltajes entre pares de electrodos.

Para este experimento se construyeron 15 electrodos usando placas de plomo de 5

Alambre de cubre centímetros de ancho y 20 ceatímetros de largo.

Usando soldadura normal de estaño se

Placa de Plomo solda un alambre de cobre calibre 12 a la placa y se sella la unión con epoxy.

Matriz de Barro Posteriormente se introduce la placa de plomo en una matriz de barro húmedo, el

Figura 3. Esquema de un electrodo de cual ha sido dotado de sal normal para

plomo incrustado en una matriz de aumentar la conductividad eléctrica. barro.

La colocación de electrodos se hace en dos direcciones perpendiculares, por ejemplo Norte-Sur y Este-Oeste. Además se trata de enterrar los electrodos en formaciones rocosas y tipos de suelos distintos. Por ejemplo, en el volcán Pacaya se han buscado ríos de lava con formaciones ricas en hierro y depósitos de piedrín o ceniza resultantes de capas secuenciales de material piroplástico expulsado por el volcán durante las erupciones.

Dado que los electrodos se encuentran distanciados del orden de 20 a 600 metros los unos con respecto a los otros, todos los cables que provienen de los electrodos de conectan a una bornera en la cual se hacen las conexiones al sistema de adquisición de

INFORME F4NA 1 PROYECTO MONlTOREO GEOFlSlCO DEL VOLCAN PACAYA

datos. En la siguiente figura se muestra el esquema del procesamiento de las señales de

entrada.

Entrada

Figura 4: Esquema del procesamiento y almacenamiento de los datos provenientes de los electrodos y sensores magnéticos. En el sistema actual se hace una captura de datos de 6 canales cada 30 segundos. En un día se generan 2,880 datos por cada canal.

b .

La interfase de filtraje y amplificación consta de una fuente de poder y tarjetas electrónicas manufacturadas en FISICC. Las tarjetas electrónicas procesan las señales análogas procedentes de los electrodos utilizando para el filtraje de bajas frecuencias filtros tipo Butterworth y amplificadores operacionales en serie. La siguiente figura muestra el esquema del procesamiento de señales análogas:

ESQUEMA DE PROCESAMIENTO DE SEÑALES ANALOGAS

Figura 5: Esquema del procesamiento de las señales análogas procedentes de los electrodos.

lNFO RME FINAL PROYECTO MONITOREO GEOFlSlCO DEL VOLCAN PACAYA

Posteriormente, se uneri las dos señales ya filtradas provenientes de los electrodos en un comparador diferencial, que permite obtener la diferencia de voltaje entre ambos electrodos. El grado de amplificaci6n es seleccionable, lográndose amplificaciones de magnitud 1, 5, 10 y 25.

Cada ta jeta de la interfase se calibra antes de ser instalada en la interfase y

cuenta con circuitos de protección contra picos de

voltaje inducidos por descargas eléctricas y otros fenómenos.

La siguiente foto muestra análogas. El montaje se hace en un chasis de PC.

una interfase y Foto # 6: lnterfase para procesamiento de señales análogas. A sus tarjetas de la izquierda 8 tarjetas electrónicas de fíltraje y amplificación. A la procesamiento derecha abajo la fuente de poder. El conector verde permite el

de acople con la tarjeta análogo/digital instalada en la PC.

Una vez completadas estas etapas de filtraje y amplificación se transforman los voltajes de un formato análogo a uno digital mediante el uso de tarjetas de conversión análogoldigital y posteriormente se almacenan en el disco duro de la PC. Para este proyecto se han utilizado tarjetas marca Advantech modelo PCL-71 IS, con capacidad para 8 canales de conversión y resolución de 12 bits. Las PCs utilizadas cuentan con procesadores INTEL 486, 4 megabytes de memoria RAM y discos duros de 80 megabytes. El software utilizado para la adquisición de datos fue elaborado por alumnos de ingeniería en sistemas y electrónica de FlSlCC usando el lenguaje de programación PASCAL. Los programas corren desde el archivo ejecutable, de tal forma que el sistema opera en forma automática, sin necesidad de un operador. Así mismo se ha desarrollado

INFORME FINAL PROYECTO MONITOREO GEOFlSlCO DEL VOLCAN PACAYA

con el apoyo de alumnos de ingeniería electrónica software específico para el análisis y graficación de datos.

Para este proyecto se construyeron 3 sistemas de adquisición de datos. Las computadoras fueron donadas por la empresa COMLASA; las interfases fueron construidas y ensambladas por personal del departamento de física aplicada y alumnos de ingeniería electrónica y las tarjetas de conversión análogoldigital fueron adquiridas por medio del proyecto SAREC-SERCA y por parte CONRED.

SEHALES MAGNETICAS

En el caso del monitoreo de señales magnéticas el investigador asociado Harold Breedlove ha construído bobinas para la medición de voltajes inducidos que se generan como resultado de fluctuaciones en el campo magnético terrestre. Las bobinas constan de 50,000 vueltas y se han ensamblado usando como núcleos varillas de hierro dulce de 0.5 pulgadas de diámetro. El embobinado se ha hecho a mano usando un montaje simple involucrando un tomo, un contador mecánico de vueltas, un soporte para .. el núcleo de hierro y alambre esmaltado de cobre calibre 28.

Una vez completadas las bobinas se bañan en barniz marino para protegerlas y evitar que se distorsionen posteriormente. Finalmente se introducen un tubos de pvc de 2 K pulgadas de diámetros y se sellan para evitar su deterioro cuando se entierran en el suelo.

Por lo general se entierran dos o tres sensores magnéticos a una profundidad de un metro. En el caso más simple, se posiciona una bobina en dirección vertical, otra orientada en dirección NortelSur y la tercera en dirección Esteloeste.

Figura # 7: Dos bobinas de 50,000 vueltas antes de ser introducídas en sus tubos de pvc. La longitud de cada una es de 2 !4 pies.

INFORME FINAL PROYECTO MONlTOREO GEOF/S/CO DEL VOLCAN PACAYA

Dada la estructura funcional de las bobinas, estas detectarán señales en la medida en la cual varíen los campos magnéticos presentes. Dichas señales se manifiestan como voltajes inducidos. Por tal motivo se sigue un procedimiento muy similar al descrito en el caso de las señales eléctricas para su adquisición, es decir, se filtran, ampTifican y posteriormente se almacenan en la PC.

El investigador Breedlove también ha construído una bobina especial de 2880 vueltas en base a un tubo de PVC de 3 pulgadas de diámetro para la calibración de las bobinas. Para esta investigación se han construído 10 bobinas de 50,000 vueltas, las cuales han sido instaladas en las distintas estaciones de monitoreo.

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INSTALACION DE SISTEMAS Una vez construidos los sistemas de monitoreo de radón y los sistemas geo-eléctricos y geo-magnéticos, se procedió a su instalación entre enero y junío de1 año 2,000. El siguiente mapa muestra Ja ubicación de las distintas estaciones en relación al cono- activo del volcán Pacaya.

Mapa # 3: Región de las faldas del volcán Pacaya mostrando la localización de las

estaciones de monítoreo experímental El Patrocinio, El Rodeo y Calderas. El Patrocinio ha

sido la estación con más instrumentación aplícada. El cono activo se indica con el círculo

rojo rellenado. Cada cuadro míde un kilómetro cuadrado. Fuente: Mapa Cartográfico

Hoja Amatitlán, Escala 1 :50,000. Instituto Geográfico Nacíonal, IGN.

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RADON:

La primera estación de monitoreo de radón se instaló en El Patrocinio el 21 de enero del año 2,000 y se mantuvo el monitoreo durante 9 semanas. En la foto # 5 se muestra el sitio de instalación de la sonda en este sitio. La instalación se llevó a cabo con el apoyo de alumnos del departamento de física aplicada, así como con el apoyo del señor Felipe Fajardo, quien finamente ha prestado el terreno para la instalación.

La segunda sonda de radón se instaló en El Rodeo el 23 de enero del año 2,000 y se mantuvo operando durante 4 semanas hasta que la sonda fue hurtada. En la foto # 8 se muestra la instalación de la película en este sitio, la cual se reemplaza cada semana como se describió anteriormente.

En ambos casos se instalaron sondas con películas acrílicas dada la presencia de actividad eruptiva, la cual se manifestó inicialmente el 16 de enero del año 2,000 y posteriormente durante la noche del 29 de febrero del mismo año.

envían las películas a Casta Rica

donde son procesadas.

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TECNICA VAN - SENSORES GEOELÉCTRICO Y CEOMACNETICOS

ESTAClON EL PATROCINIO

La primera estación VAN se instaló en El Patrocinio, en el terreno comunal del Sr. Felipe Fajardo, quien es miembro del comité local de reducción de desastres asociado a CONRED. La instalación se llevó a cabo con el apoyo de estudiantes del departamento de física aplicada el 21 de enero del 2,000.

Foto # 9: Sitio de instalación de Estación enEl Patrocinio.

Figura 5: Esquema de electrodos y sensores magnéticos en El Patrocinio. La PC está situada dentro de la vivienda del Sr. Fajardo. Se han establecido 4 electrodos (E), un sensor acústico (A), dos sensores magnétícos (M) y una sonda de radón (R).

INFORME FlNAt PROYECTO MONlTOREO GEOFNCO DEL VOLCAN PACAYA

Dado que el sistema de procesamiento y adquisición de datos cuenta con 6 canales, se hizo la siguiente distribución:

P Canal 1 : sensor magnético vertical M 1 h Canal 2: sensor magnético horizontal M2

Canal 3: voltaje entre electrodos E 2 y E3 P Canal 4: sensor acústico A k Canal 5: voltaje entre electrodos E4 y E5 > Canal 6: voltajes entre electrodos E7 y E5

En la figura 5 se muestra adicionalmente la posición de la sonda de radón R.

ESTAClON CALDERAS

El 26 de abril del año 2,000 se instaló

otra estación cerca de la laguna de

Calderas. Dicha estación constó de dos sensores magneto-telúricos y

cuatro electro-telúricos. Sin embargo,

el 28 de mayo la PC de dicha estación fue destruida por una descarga eléctrica causada por desperfectos en

el sistema de energía eléctrica del INDE. Este ha sido un problema recurrente en la zona, dados las Foto # 10: laguna de Calderas, sitio de la

frecuentes interrupciones en el fluido segunda estación de monitoreo. eléctrico.

La figura 6 muestra el esquema de instalación del equipo en esta estación. Se cuenta con cuatro electrodos, de tal forma que hay dos canales para señales electro-telúricas. Un par

de electrodos está orientado en la dirección Norte-Sur mientras que el otro par está orientado en la dirección Este-Oeste,

Además se cuenta con dos bobinas para el monitoreo de señales magneto-teluricas. Al igual que en el caso de El Patrocinio, se enterraron los electrodos y sondas a un metro de profundidad.

INFORME FiNAL PROYECTO MONITOREO CEOFlSlCO DEL VOLCAN PACAYA

Figura 6: Esquema de

electrodos (E) y sensores

magnéticos (M) en

Calderas.

En este caso se miden

señales en cuatro canales.

Para esta estación se configuró el sistema de procesamiento y adquisición de datos de la siguiente manera:

> Canal 7 : sensor magnético vertical M 1 > Canal 2 : sensor magnético horizontal M2 > Canal 3: voltaje entre electrodos E 1 y E4 (Este-Oeste) ". > Canal 4: voltaje entre electrodos E2 y E3 (Norte-Sur)

La selección de este sitio para la instalación de la estación radica en su formación geológica, ya que se encuentra literalmente en un antiguo cono volcánico. De esta forma se miden señales en sitios con suelos distintos a los del Patrocinio.

ESTACION SAN LUCAS SACATEPEQUEZ

El 24 de junio se instaló la tercera estación en San Lucas Sacatepéquez, la que sirve de control para señales magnéticas. La estación San Lucas ayuda en la discriminación de señales magnéticas que puedan ser generadas por actividad solar o por actividad no

relacionada con la actividad volcánica. Dado que la actividad solar tiende a modificar los campos magnéticos terrestres, induce variaciones directas en las bobinas. En forma paralela, la variación en los campos magnéticos terrestres induce campos eléctricos que generan potenciales eléctricos, los cuales pueden ser detectados por los sensores electro-telúricos. Por tal motivo se seleccionó un sitio de control alejado del volcán y sus influencias.

INFORME FINAL PROYECTO MONITOREO GEOFISICO DEL VOLCAN PACAYA

Esta estación cuenta con tres sensores magnéticos y 5 electro-teluricos, los cuales se muestran en la siguiente figura.

Figura 7: Esquema de electrodos (E) y sensores magnéticos (M) en la estación de control

San Lucas. En este caso se miden señales en seis canales.

Dado que el sistema de procesamiento y adquisición de datos cuenta con 6 canales, se hizo la siguiente distribución para esta estación:

P Canal 1 : sensor magnético vertical M 1 Canal 2: sensor magnético horizontal M2

I. Canal 3: voltaje entre electrodos E7 y E2 > Canal 4: voltaje entre electrodos E 1 y E3 > Canal 5: voltaje entre electrodos E 7 y E5 3 Canal 6: voltajes entre electrodos E4 y E5