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Rasgos generales de la sismicidad glaciar en el Nevado del Ruiz, Colombia

Rasgos generales de la sismicidad glaciar en el Nevado del Ruiz, Colombia

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  • 1. La Sismología es ……………. muy BACANA !! (Fascículo2) Estos fascículos tienen como intención, exponer algunas ideas pensando en los estudiantes asistentes de sismología, quienes son las personas por donde comienza la vigilancia volcánica y por cuyas manos se han procesado decenas de miles de sismos y quienes gracias a ellos, los investigadores, además del tiempo, tienen a su disposición una gran cantidad de datos de excelente calidad. Estos fascículos pretenden dar entonces, una pequeña retribución al trabajo de este grupo tan importante y vital para cualquier Observatorio. Introducción: Desde los inicios del Observatorio Vulcanológico de Manizales (años 1986 y 1987), era conocida una sismicidad en el Nevado del Ruiz, que se presenta con alguna frecuencia en horas de la noche y la cual era registrada solamente en los sismógrafos relativamente cercanos al cráter del volcán (OLLE, REF3 y RECI, Figura 1), con la característica que en la estación de referencia OLLE, siempre aparecían de baja frecuencia y como tal eran clasificados. En la estación RECI, la más cercana al glaciar en aquella época, generalmente dicha sismicidad en su mayoría era de alta frecuencia y algunos sismos (los más grandes) de muy alta frecuencia, incluso la mayor frecuencia registrada (Figura 2). Fig. 1._ Red de estaciones sismológicas telemétricas, volcán Nevado del Ruiz. En color negro, las estaciones en funcionamiento en 1986. En gris, las instaladas a principios de los 90. Todas estas estaciones son componentes verticales únicamente
  • 2. Sismo Regional Sismo Distante OLLE Marzo 3 1987 Estación de Referencia 10 segundos 02:00 a.m. Sismo Regional REF3 Marzo 3 1987 02:00 a.m. RECI Marzo 3 1987 02:00 a.m. Fig. 2_ El intervalo de tiempo en los 3 casos abarca desde un poco más de la 01:00 a.m. hasta las 04:00 a.m. del día 3 de Marzo de 1987. Los sismos de interés, aparecen en OLLE clasificados como de Baja Frecuencia (pepas amarillas). Nótese que el sismo grande en RECI, de muy alta frecuencia (encerrado en un círculo), NO se observa en las otras estaciones cuya distancia con dicha estación es de unos 6 km. En la estación OLLE se registran solo los sismos más grandes que aparecen en REF3, aunque las magnificaciones son muy similares, como puede verse de los sismos regionales y distantes, los cuales muestran una amplitud comparable en los 3 sismogramas. Nótese la gran cantidad de sismos y su alta frecuencia en RECI, la cual era la estación más cercana al glaciar en aquella época. Esta sismicidad era clasificada como volcánica y de Baja frecuencia, aunque por parte del grupo de sismología era sabida su ocurrencia nocturna. El 28 de Febrero de 1990 se instaló la estación BIS1 por parte de los sismólogos Olga Patricia Bohórquez y Fernando Gil. La primera noche de registro (Figura 3) mostró una sismicidad muy abundante y de muy alta frecuencia, con algunos sismos relativamente muy grandes en dicha estación pero muy pequeños o imperceptibles en la estación REF3, separada solamente por un poco más de 1 km de distancia, por lo que inmediatamente se asoció con un origen muy superficial y relacionado con el Glaciar.
  • 3. BIS1 Febrero 28 – Marzo 01 de 1990 Fig. 3_ La estación BIS1 se instaló el 28 de Febrero de 1990 (ver figura 1). Los sismogramas a la izquierda corresponden a 22:00 la primera noche de registro. Nótese la gran cantidad de sismos, los cuales aparecen hacia las 10 P.M. del 28 de Febrero y desaparecen hacia las 07:00 A.M. del 1 de Marzo de 1990. Los sismos de mayor tamaño son de muy alta frecuencia. En la figura inferior se muestra un detalle de las estaciones BIS1 y REF3 correspondiente al mismo intervalo de tiempo, en el cual se ha señalado 4 casos: Los sismos 1 y 3 en BIS1 son grandes y de muy alta frecuencia, mientras que en REF3 son muy pequeños y de una frecuencia relativamente baja, lo que es indicio de una fuente muy superficial y muy cercana a BIS1 (la distancia entre ambas estaciones es ligeramente superior a 1 Km). Los ejemplos 2 y 4, por el contrario, 07:00 son de amplitudes semejantes y frecuencias intermedias en ambas estaciones, por lo que la fuente presumiblemente se encuentra a una distancia comparable de ambas estaciones. BIS1 2 4 3 1 REF3 2 4 10 Segundos 1 3
  • 4. Sismos de Hielo La gran mayoría de estudios sobre sismos relacionados con los glaciares, interpretan dicha sismicidad como la fricción de la base del Glaciar con asperezas del lecho de la roca, o bien como la abertura de grietas transversales en su superficie por cambios pronunciados en la pendiente o bien a desprendimientos de bloques, especialmente en el frente del Glaciar. En los dos primeros casos puede verse que dicha sismicidad está relacionada con el movimiento propiamente del Glaciar. Dichos estudios se relacionan esencialmente con glaciares de las altas latitudes, como los Alpes, la Antártida, Groenlandia, Canadá, Alaska, etc. Estos glaciares están sometidos a unas estaciones muy pronunciadas. En la Internet se puede conseguir mucha literatura al respecto. Entre otras direcciones, en www.sciencedirect.com se puede encontrar algunos artículos libremente. Por el contrario, nuestros glaciares situados muy cerca al ecuador terrestre, oscilan a temperaturas relativamente cercanas a los cero grados centígrados. Adicionalmente a la ocurrencia nocturna de esta sismicidad en el Nevado del Ruiz, en el transcurso de los años se ha notado que sólo sucede, al menos con esa intensidad, en las épocas de verano, cuando el volcán está desprovisto de nieve y el glaciar está completamente descubierto. Las épocas con mayor ocurrencia corresponden por lo tanto al fenómeno del Niño. Algo particular al Nevado del Ruiz, es que su forma no es la típica de un cono volcánico con pendientes muy fuertes en todos sus flancos. Por el contrario, su cima es relativamente plana (entre 4 y 5 Km de diámetro aproximadamente) y la mayoría de sus flancos, son relativamente poco pendientes; es diciente el hecho que el turismo con frecuencia llega con facilidad hasta su propia cima. Una hipótesis que podría explicar razonablemente quizás, las características principales de dicha sismicidad, es la de considerar la fusión de la superficie del glaciar durante el día y la acumulación de parte del agua en grietas o depresiones superficiales, que al llegar la noche y la baja de temperatura por debajo del punto fusión, congelaría el agua, que al aumentar su volumen súbitamente, produciría dicha sismicidad. Nótese que se necesitarían 3 factores: (1) Calor durante el día que permita la fusión del hielo; (2) Acumulación del agua por ejemplo en grietas y (3) Descenso de la temperatura por debajo del punto de fusión que permita la congelación del agua. Presumiblemente estos 3 factores se encontrarían con facilidad en el Nevado del Ruiz en las épocas de verano, cuando la temperatura durante el día sube varios grados por encima del punto de fusión; la relativa débil pendiente permitiría fácilmente la acumulación superficial del agua de fusión y las noches veraniegas son características como noches despejadas y muy frías. Lo anterior explicaría la ocurrencia nocturna de dicha sismicidad y su mayor intensidad, en las épocas de verano. En las épocas de invierno, la temperatura estaría básicamente por debajo del punto de fusión, por lo que no habría derretimiento del hielo, ni agua líquida que se pudiera almacenar.
  • 5. Fenómeno del Niño Este fenómeno ocurre por el calentamiento del pacífico ecuatorial central y oriental (Colombia, Ecuador y Perú) debido al debilitamiento de los vientos alisios, cuyo efecto en Colombia es una sequía y calores muy pronunciados. En la internet se puede conseguir mucha información al respecto, aquí nos interesa la ocurrencia de este fenómeno durante la existencia de la red de sismógrafos alrededor del Ruiz, la cual comenzó a mediados de 1985. Los principales períodos de este fenómeno han sido hasta el 2010: 1986 - 1987 1991 - 1992: Hora Gaviria desde el 02 de Mayo de 1992 hasta el 01 Abril del 1993 1997 - 1998: Especialmente fuerte 2009 - 2010 04:00 A.M. RECI 09 de Marzo de 1987 Sismo Distante Sismo Regional Sismo Regional 07:00 A.M. 09:00 A.M. 11:00 A.M. Fig. 4_ Fenómeno del niño 1986 – 1987. Sismogramas de la estación RECI ubicada al este del Ruiz. Nótese que la sismicidad de Hielo desaparece hacia las 07:00 a.m. Hacia las 09:00 a.m. comienza un ruido de fondo el cual se ha correlacionado con el incremento de las quebradas, debido al agua de la fusión diurna del glaciar.
  • 6. BIS1 Febrero 13 de 1992 22:00 P.M. 02:00 A.M. 07:00 A.M. Fig. 5_ Fenómeno del niño 1991 – 1992. Sismograma de la estación BIS1 ubicada al Oeste del Ruiz, a un poco menos de 2 Km del cráter. Nótese que existen dos períodos de sismicidad. El primero aparece hacia las 23:00 P.M. y desaparece hacia la 01:A.M. El segundo comienza hacia las 03:00 A.M y termina hacia las 07:A.M. El segundo presenta un tamaño y frecuencia mayor, sugiriendo un origen más cercano a la estación BIS1. 08:00 A.M. BIS1 Enero 17 de 1998 Fig. 6_ Fenómeno del niño 1997 – 1998. Sismograma de la estación BIS1. El intervalo de tiempo abarca desde las 04:00 A.M. hasta las 09:00 A.M, del día 17 de Enero de 1998. Características de la sismicidad de Hielo del Ruiz El diseño de la red sismológica del Ruiz se ha realizado por supuesto, pensando en la sismicidad volcánica y no en la sismicidad de Hielo, por lo que dichos sismos nunca se han podido localizar de manera confiable. Para ello sería necesario tener una red muy cerca del Glaciar y relativamente densa. Por la amplitud y frecuencia de los sismos, se presume una fuente muy cercana a BIS1, otra también muy cerca de la estación de RECI y al menos una tercera relativamente cercana de ALF2. Desafortunadamente nunca se ha tenido una estación en las cabeceras de Nereidas, que muy probablemente hubiera podido mejorar y precisar las presunciones anteriores. En la figura 7 se muestra la longitud aproximada del Glaciar en el año 1986, en los sectores de Nereidas y Recio.
  • 7. 1 Km Olleta BIS1 Límite Glaciar 1959 Piraña Nereidas Límite Glaciar 1986 ALF2 Alfombrales RECI Límite Glaciar 1959 Límite Glaciar 1959 Recio Fig. 7_ Volcán Nevado del Ruiz. Límites aproximados del Glaciar en los años 1959 y 1986, colocados sobre una fotografía satelital de la NASA, adquirida en Abril 23 de 2010 (http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=43859&src=eoa-iotd). Los límites glaciares se tomaron de fotografías aéreas del Instituto Agustín Codazzi. Nótese que en la actualidad (2010), las lenguas glaciares de Nereidas y Recio han desaparecido. Los rectángulos en negro, corresponden a las estaciones sismológicas de BIS1, RECI y ALF2 que han sido las estaciones cercanas al Glaciar. La estación RECI funcionó hasta Diciembre de 2007. De acuerdo a la hipótesis de la congelación del agua (expansión hacia afuera por aumento de volumen) como origen de esta sismicidad, es de esperar que los primeros arribos en las estaciones muestren una compresión en las componentes verticales. En general la confiabilidad en las polaridades de los primeros arribos, siempre ha tenido una gran incertidumbre. En Marzo del 2007, BIS1 fue reemplazada por una estación nueva de tres componentes, por lo que presumiblemente, la confiabilidad en las polaridades de los primeros arribos es mucho mayor.
  • 8. Suponiendo lo anterior, se revisó en dicha estación, para fechas recientes, las polaridades para algunos de los sismos mayores. Se encontró que en general, dicha polaridad es hacia arriba (ejemplo figura a la derecha), aunque algunos casos son dudosos, especialmente porque el arribo muy a menudo es emergente. Los espectros de los sismos mayores en BIS1, muestran una riqueza espectral entre 4 y 15 Hz principalmente (Figura 9), mientras su coda muestra un pico predominante un poco superior a los 20 Hz, frecuencia que es básicamente el límite superior de la respuesta instrumental de la telemetría. Es por lo tanto posible la generación de frecuencias en el rango audible. Esta estación ha funcionado siempre como una componente vertical. Fig. 9_ Sismo digital ocurrido el 18 de Enero del 2003 a las 23:51 P.M. Estación BIS1 (vertical). Este sismo corresponde en los sismogramas analógicos, a los sismos de mayor tamaño y de muy alta frecuencia. Espectro de 1024 muestras correspondiente en la señal a la barra de color naranja. En la parte superior el espectro abarca el inicio del sismo. En la parte inferior el espectro se sitúa esencialmente en la coda. Nótese en este último el pico en 21 Hz, el cual aparece en el espectro superior aunque no es muy notable. En la parte superior de los espectros, las barras mayores son múltiplos de 5 Hz. Sin una localización confiable de los sismos es difícil tener certeza sobre los tipos de onda involucrados en estas señales. Es característico sin embargo, al menos en la estación de BIS de 3 componentes, la menor amplitud en la componente vertical como puede apreciarse en la figura 10. Nótese también que la alta frecuencia en la coda, sólo se presenta en la componente vertical y únicamente en los sismos mayores.
  • 9. Fig. 10_ En la parte superior se puede observar tanto el mayor tamaño en las componentes horizontales como el pico espectral cercano a los 23 Hz (los espectros se sitúan esencialmente en la coda), sólo en la componente vertical. En la figura a la derecha se da un detalle de la coda en las 3 componentes. En la componente vertical (traza superior) el período es cercano a 0.04Hz. Dicha frecuencia está ausente de las componentes horizontales. Para los sismos mayores en BIS, las primeras oscilaciones, muestran en general una dirección predominante NW-SW en las componentes horizontales. En los cortes verticales es menos notable una predominancia. Fig 11._ Movimiento de partículas. Sismo ocurrido el 03 de Diciembre del 2009 a las 02:14 a.m. Nótese en la parte superior la mayor amplitud en las trazas horizontales. En la parte inferior a la izquierda, correspondiente al corte horizontal, puede notarse una dirección NW-SE en las primeras oscilaciones de las componentes horizontales.
  • 10. 02:35 a.m. RECI 27 Feb 1987 21:00 p.m. BIS1 03 Feb 1998 21:00 p.m. RECI 03 Feb 1998 Fig. 12_ Entre el sismograma superior y los 2 inferiores hay una diferencia de 11 años. Los dos sismogramas inferiores corresponden al mismo intervalo de tiempo. Nótese que el tipo de sismicidad entre Recio de 1987 y Bis de 1998, es muy parecido, sin embargo en Recio de 1998 dicha sismicidad es casi inexistente, lo que podría sugerir el retroceso importante del frente del glaciar y el origen de esta sismicidad sobre su superficie. Epílogo Indudablemente es importante para la sismología de volcanes, el conocimiento de la sismicidad que no está relacionada directamente con un volcán con el fin de evitar falsas alarmas y por ende la desconfianza de la comunidad en el trabajo de vigilancia. Adicionalmente es muy interesante el saber que la sismología puede registrar ciertas condiciones climáticas en un glaciar y poder realizar un inventario, al menos cualitativo de los períodos de ablación, simplemente por la presencia o no de dicha sismicidad. Si la presunción de un origen térmico de esta sismicidad (congelación del agua) resulta correcta, es claro que no se tiene identificado todavía, los sismos que podrían tener origen en el movimiento del Glaciar y que estarían siendo clasificados como volcánicos. Al respecto es interesante saber que tenemos nevados que no se encuentran sobre volcanes, como la sierra Nevada del Cocuy y la de Santa Marta (probablemente únicos en la zona ecuatorial) y el estudio de su sismicidad Glaciar tendría la ventaja de NO estar ‘contaminada’ por sismos volcánicos (igualmente la deformación). Definitivamente, la sismología es ……….. muy BACANA!!!.