La UNLP estudia la actividad en el volcán Copahue
Las erupciones volcánicas ocurren todo el tiempo. Más de una docena se encuentran en erupción en algún lugar de la Tierra en cualquier momento dado, y alrededor de cien entran en erupción a lo largo de cualquier año. En Argentina y su límite internacional con Chile, existen al menos 39 volcanes considerados activos en el territorio continental, siendo el Copahue uno de los más importantes. Por este motivo, la Universidad Nacional de La Plata instaló un telescopio de muones para monitorear su actividad.
En la actualidad cada vez más personas viven cerca de volcanes, se estima que al menos 500 millones de personas habitan dentro de zonas que pueden ser potencialmente afectadas por volcanes que han estado activos desde que se tiene registro. Globalmente, durante el siglo XX, se estima que las erupciones volcánicas han causado la muerte de 80.000 personas. Además, durante el mismo período, entre 4 y 6 millones de personas resultaron evacuadas, perdieron sus hogares o fueron afectadas de alguna manera.
El volcán Copahue está considerado como el de mayor riesgo de Argentina, debido a su cercanía a las localidades de Caviahue y Copahue, ubicadas en un radio de 8 km del cráter del volcán. Además, la región atrae gran cantidad de turistas debido al centro de esquí de Caviahue y a la Villa Termal de Copahue, lo cual incrementa de modo significativo la población de ambas localidades. Entre los principales eventos que tuvieron lugar en las décadas recientes se encuentran las erupciones de 1992 y 2000. El último ciclo eruptivo se inició en 2012 y, desde entonces, el Copahue ha presentado manifestaciones casi de forma permanente, con emisión de ceniza, ocurrencia de explosiones en el interior del cráter y actividad sísmica de magnitud variable.
Científicos de la Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas de la UNLP instalaron un detector de muones, el primero en radiografiar la densidad de un volcán de un país americano. La instalación de este detector es el resultado de un trabajo en común entre investigadores de esta Facultad e instituciones de investigación francesas.
Los colapsos parciales de edificios volcánicos representan un peligro de gran importancia ya que pueden ocurrir en asociación con erupciones magmáticas, erupciones freáticas o incluso en ausencia de erupciones. Estos fenómenos producen avalanchas de rocas y escombros que se aceleran rápidamente a lo largo de la pendiente de un volcán, y pueden alcanzar velocidades de hasta 100 metros por segundo y alcanzar distancias que pueden superar hasta más de diez veces la caída vertical.
Para mejorar la evaluación de este peligro natural y, por lo tanto, mitigar sus efectos, es clave obtener imágenes de la estructura interna de los edificios volcánicos, como la composición de las rocas, el grado de alteración y la distribución de fluidos.
El doctorando en Geofísica Matías Tramontini, integrante del equipo de trabajo, explicó: “la radiografía de muones permite estudiar la distribución de densidad de masa de un volcán, es decir, como se encuentra distribuida la masa en él, midiendo la atenuación que éste produce en el flujo natural de muones. Los muones son partículas subatómicas que se generan en la atmósfera en las denominadas cascadas de partículas. Éstas se producen como consecuencia del arribo de partículas cargadas provenientes del espacio exterior, conocidas como rayos cósmicos. Los rayos cósmicos llegan a la Tierra constantemente y desde todas las direcciones. Al nivel de la superficie terrestre arriban aproximadamente 100 muones por metro cuadrado por segundo, alrededor de un muon por minuto por centímetro cuadrado”.
Los muones tienen la particularidad de que interactúan muy poco con la materia, pero lo suficiente como para ser utilizados para estimar la cantidad de materia que atraviesan dentro de un volcán. De esta forma, la radiografía de muones consiste en colocar un detector de muones frente al volcán y registrar la cantidad de muones que lo atraviesa por unidad de tiempo y de trayectoria.
Luego, a partir de este registro, se estima el flujo de muones que atraviesa el volcán, a partir del cual se estima la opacidad en las trayectorias de los muones. La opacidad es una cantidad física que cuantifica la cantidad de materia a lo largo de una trayectoria. En este caso, representa la cantidad de materia que atraviesan los muones dentro del volcán. Mientras mayor cantidad de materia se encuentre en el recorrido de los muones, menor será la cantidad de muones que llegarán al telescopio en un lapso de tiempo dado.
Tramontini explicó: “el detector que utilizamos consiste en tres paneles de detección de muones montados sobre una estructura que permite orientar el instrumento hacia el volcán. Este tipo de detector de muones corresponde a los desarrollados por el Grupo Diaphane, un proyecto llevado adelante por el Instituto de Física de los 2 Infinitos de Lyon (IP2I), el Instituto de Física de la Tierra de París y el Observatorio de Ciencias de la Universidad de Rennes de Francia. El instrumento fue cedido en préstamo a la UNLP tras la firma de un convenio de cooperación entre la UNLP y el IP2I. Los paneles de detección se encuentran divididos en píxeles, lo que permite reconstruir las trayectorias de los muones detectados y calcular la densidad de masa promedio de un cuerpo geológico a lo largo de cada una de ellas. Estas trayectorias reciben el nombre de ejes de observación del detector”.
“En el volcán Copahue, realizamos la primera radiografía de muones en un volcán de un país americano. Este estudio permitió mapear contrastes de densidad, revelando estructuras de coladas de lava, ceniza y hielo, corroboradas con imágenes satelitales y observaciones in situ. Actualmente, estamos preparando una publicación en una revista científica internacional revisada por pares para presentar estos resultados.”
La radiografía de muones ofrece varias ventajas que podrían ser clave para sobrepasar los límites de la caracterización tradicional de procesos volcánicos superficiales. En primer lugar, implica la radiografía de un cuerpo de grandes dimensiones, como lo es un volcán, mediante la instalación de un único instrumento. Además, la radiografía de muones es un método pasivo, en el sentido que utiliza partículas que se generan naturalmente en la atmósfera y no requiere inyectar ningún tipo de señal en el subsuelo.
A su vez, el hecho que los detectores funcionen de manera autónoma, con nulos requerimientos de servicio por lapsos prolongados, permite realizar mediciones en continuo por largos períodos de tiempo. Por lo tanto, el método resulta adecuado para caracterizar variaciones espacio-temporales de densidad de masa en volcanes, con lo cual su integración con otras metodologías podría ser empleada para analizar riesgos de daños producidos por la actividad volcánica.
El detector de muones
El trabajo de campo que se realiza con el detector de muones consiste en emplazarlo orientado al volcán para que adquiera datos durante un período de tiempo determinado. El instrumento se alimenta a través de paneles solares y/o baterías, lo cual le otorga la capacidad de funcionar de manera autónoma por largos períodos de tiempo. Los datos registrados por el detector de muones son transmitidos continuamente a través de una red de antenas wifi. A su vez, se encuentra equipado con una serie de sensores (sensores de corriente eléctrica, de voltaje, de temperatura, de humedad relativa, de inclinación, entre otros) que permiten que, una vez desplegado en el campo, no sea necesaria la realización de tareas de mantenimiento de forma rutinaria.
El detector está compuesto por tres matrices de detección de 80 cm x 80 cm x 2.5cm compuestas de centelleadores plásticos de dióxido de titanio que permiten la detección de partículas. Placas de blindaje y de plomo que se utilizan para filtrar partículas. Una estructura mecánica que permite modificar la disposición geométrica y la orientación del instrumento. Una caja de control que contiene la electrónica del equipo que permite la configuración, el registro y el envío de datos vía wifi.
Los datos se envían en tiempo real a los centros de almacenamiento del Observatorio Argentino de Vigilancia Volcánica (OAVV), encargado del monitoreo de los volcanes en nuestro territorio nacional. Desde allí, son accesibles de forma remota para su posterior procesamiento y análisis por parte de la FCAG.
Esta información puede luego ser utilizada por las autoridades responsables para tomar medidas de resguardo de las personas que pudieran estar afectadas. De la misma manera, a futuro, los resultados de este trabajo de investigación podrían complementarse con los datos generados en las tareas de monitoreo del Volcán Copahue que realiza el OAVV, contribuyendo de esta forma a mejorar la predicción de la actividad volcánica, y por ende los alertas que se difunden a la comunidad.
“En cuanto a la radiografía de muones, si bien su aplicación para el estudio de volcanes ha tenido un importante avance en las últimas décadas, aún existen numerosas posibilidades de mejora en términos de resolución espacio-temporal, estimación de errores y combinación con otros métodos geofísicos”, concluyó el investigador de la UNLP.
