Los volcanes tienen un enorme poder destructivo y causan impacto ambiental y socioeconómico a nivel local, regional e incluso global. Se estima que, durante los dos últimos siglos, alrededor de 250.000 personas han fallecido por causa directa de distintos fenómenos volcánicos (Blong, 1984). Actualmente más de 500 millones de personas viven cerca de volcanes activos (Small and Naumann, 2001), la mayoría en urbes que sobrepasan el millón de habitantes (Chester et al., 2001), hecho que incrementa notablemente el impacto de las erupciones y/o emisiones volcánicas en la salud y en la infraestructura. Por ejemplo, más de 500 aeropuertos internacionales se hallan a menos de 100 km de volcanes que han hecho erupción durante es último siglo (Casadevall, 1993). La mayoría de países latinoamericanos se ubica sobre el Cinturón de Fuego, la zona con mayor actividad volcánica del planeta. Los eventos del Chichón (1982) y Popocatépetl (1994 hasta la fecha) en México, Nevado del Ruiz (1985) y Galeras (1989 hasta la fecha) en Colombia, Tungurahua (2006, 2008), Guagua Pichincha (1999) y Reventador (2006) en Ecuador, o Hudson (1991) y Chaitén (2008,2009) en Chile/Argentina, son sólo algunos ejemplos recientes que ilustran la magnitud del fenómeno.
Los volcanes causan distintos tipos de peligros geológicos, incluyendo flujos de lava, flujos piroclásticos, caída de ceniza, terremotos, avalanchas, lahares o emisiones continuas de gases. En particular, las erupciones explosivas de tipo plinianio o sub-pliniano (dominantes en Iberoamérica) pueden inyectar grandes cantidades de ceniza volcánica (material de composición silícica generado durante la fragmentación del magma) y otros aerosoles a niveles troposféricos y/o estratosféricos. Los fragmentos de ceniza gruesa (diámetro entre 64micron y 2mm) residen en la atmósfera durante horas a varios días, y su posterior caída puede afectar grandes áreas a sotavento. La ceniza más fina (diámetro entre 1 y 64 micron) y otros aerosoles de composición no silícica que se emiten durante o entre erupciones (e.g. SO2, H2S, F2, etc.) permanecen en la atmósfera por meses o años y representan una de las mayores fuentes naturales de contaminantes atmosféricos, ejerciendo una influencia de primer orden en el balance radiativo atmosférico (e.g. Oppenheimer et al., 2003). Así, si bien la tasa de emisión de aerosoles volcánicos es inferior a la antropogénica (Mather et al. 2003), algunas especies volcánicas como los sulfuros llegan a tener un gran efecto a nivel global porque se inyectan en altura, dónde los tiempos de residencia de las especies volcanogénicas son mucho mayores. A corto plazo, la caída de cenizas puede causar múltiples efectos indeseables a nivel regional como colapso de techos, daños en líneas de tensión, interrupción de vías de transporte, cierre de aeropuertos y modificación de rutas aéreas, contaminación de aguas y sistemas de drenaje, destrucción de cosechas, empeoramiento de la calidad del aire, irritación de ojos y problemas respiratorios, entre otros. Los aerosoles volcánicos también afectan a los ecosistemas terrestres y la salud humana a nivel local y regional (e.g. Baxter, 1982; Grattan et al., 2003). Las partículas más gruesas (PM10, PM5) causan problemas respiratorios, especialmente en gente asmática, mientras que las partículas más finas (PM2.5) incrementan enfermedades y disfunciones de corazón y pulmón y aumentan las tasas de muerte prematura. Lamentablemente, algunos de estos efectos pueden prolongarse en el tiempo mucho allá de la simple erupción debido a la removilización de ceniza previamente depositada (fenómeno que puede durar muchos años en ciertos ambientes áridos como en la Patagonia Argentina) o a la emisión continua de aerosoles (gases), por ejemplo mediante actividad fumarólica puntual o difusa. De hecho, un 99% del SO2 volcánico se emite continuamente y solamente el 1% se emite durante erupciones esporádicas (Andres and Kasgnoc, 1998). Ello conlleva consecuencias socioeconómicas importantes. Por ejemplo, debido al continuo levantamiento de ceniza del volcán Chaitén (Chile) depositada durante la erupción de mayo de 2008, el aeropuerto de Esquel (Chubut, Argentina) ha permanecido cerrado durante ocho meses, causando pérdidas superiores a 100 millones de dólares americanos al sector turístico local. En Esquel, Martin et al. (2009) han estimado concentraciones en aire de PM2.5 ~ 200 μg m- 3, PM4 ~ 300 μg m- 3 y PM10 ~ 1000 μg m- 3; valores muy por encima de los maximos WHO. Por otro lado, la emisión continua de aerosoles no silícicos también acarrea importantes consecuencias. Estudios de calidad del aire en México DF (Ragga et al., 1999) han demostrado que las estrategias de mitigación de SO2 antropogénico se pueden ver afectadas por la absorción de SO2 proveniente del volcán Popocatépetl por parte de partículas antropogénicas, hecho que conlleva un notable incremento en la producción de sulfatos. Así pues, los estudios de la calidad del aire y las estrategias de mitigación de contaminación atmosférica en áreas próximas a volcanes altamente activos necesitan incorporar, además de las emisiones antropogénicas, las emisiones naturales de algunas especies (e.g. SO2) y, durante erupciones o en casos de gran removilización, la presencia de cenizas en el aire.
La vulcanología moderna es una ciencia altamente multidisciplinar. La necesidad de dar respuestas eficientes a situaciones complejas generadas durante épocas de crisis exige de una estrecha colaboración entre científicos de distintas disciplinas (geólogos, meteorólogos, físicos, químicos, ingenieros, arquitectos, etc.), agentes sociales y autoridades. En este sentido, esta propuesta pretende la creación de una red multidisciplinar, donde cada grupo participante aporte técnicas y metodologías distintas y complementarias, algo que resulta esencial para avanzar científicamente y lograr productos finales que sean socialmente útiles. En el caso del pronóstico de ceniza volcánica, es común combinar predicciones numéricas (ya sea usando modelos de dispersión simples como los trazadores Lagrangianos, modelos más evolucionados o ambos a la vez) con datos satelitales y monitoreo in situ. Debido a que cada estrategia tiene sus ventajas y sus limitaciones es importante hacer un uso combinado de las mismas. Desde un punto de vista científico, durante los últimos años se han desarrollado modelos computacionales complejos para el transporte de cenizas volcánicas (Costa et al., 2006; Barsotti et al., 2008; Folch et al., 2008). Estos modelos de última generación son 3D, transitorios, están acoplados off-line con pronósticos meteorológicos globales (e.g. GFS, NMM) y mesoescalares (e.g. ETA, WRF) y predicen acumulación de ceniza en suelo y concentración en aire, variable de interés para el tráfico aéreo y calidad del aire. En concreto, el modelo FALL3D (Costa et al., 2006; Folch et al., 2008) está siendo usado en organismos como el Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia de Catania (Italia) o el Volcanic Ash Advisory Center (VAAC) de Buenos Aires (los VAACs son organismos internacionales designados por la ICAO para el monitoreo y predicción de nubes volcánicas y su afectación al tráfico aéreo civil). Para el caso de emisiones continuas de aerosoles volcánicos y su afectación en la calidad del aire, el uso de modelos es todavía muy incipiente (e.g. Langmann, 2009). Algunos puntos clave que conviene mejorar son:
Las metas que se pretenden alcanzar mediante la red CENIZA son:
Descripción del consorcio: Para conseguir los objetivos propuestos es necesario avanzar paralelamente en al menos 3 niveles distintos: modelización numérica, monitorización mediante estaciones in situ y adquisición y extracción de datos satelitales. Esta propuesta, de 3 años de duración, pretende crear una red temática formada por 8 instituciones de 6 países distintos, todas con larga experiencia en uno o más de los niveles involucrados:
1) Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS, España, www.bsc.es). Centro de supercomputación de España, alberga el superordenador MareNostrum. El departamento de Ciencias de la Tierra trabaja en modelización de calidad del aire mediante el modelo CMAQ (Byun and Ching, 1999), polvo mineral mediante el modelo DREAM (Nickovic et al., 2001), dispersión de cenizas volcánicas mediante el modelo FALL3D (Costa et al., 2006), y modelización meteorológica mediante los modelos WRF (Michalakes et al., 2005) y UMO.
2) Centro de Ciencias de la Atmósfera - Universidad Nacional Autónoma de México (CCA-UNAM, México, www.atmosfera.unam.mx ). Tiene como objetivo general desarrollar y promover las ciencias atmosféricas y ambientales en la UNAM y en México. Tiene adaptados los modelos MM5 de NCAR/Penn State (Grell et al., 1994) y el modelo de calidad del aire Multiscale Climate Chemistry Model (MCCM) (Grell et al., 2000) a la región central de la República Mexicana, donde se han utilizado ampliamente para estudiar el fenómeno de la contaminación atmosférica en la zona metropolitana de la ciudad de México (Garcia et al 2000, Jazcilevch et al. 2003b) para estudios de planeación urbana (Jazcilevich et al. 2003) y efectos en la contaminación atmosférica por cambios de uso de suelo (Jazcilevich et al 2002). Actualmente, se le está usando para hacer un estudio costo/beneficio por la introducción de nuevas tecnologías automotrices en la ciudad de México (proyecto Semarnat- Conacyt).
3) Instituto de Geofísica – Universidad Nacional Autónoma de México (IGF-UNAM, México, www.geofisica.unam.mx). Participa junto con el Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED) en el estudio de los fenómenos naturales, en particular los volcánicos, aportando conocimiento y personal científico que se encarga de implementar las técnicas adecuadas para el monitoreo de volcanes como el Popocatépetl y, al mismo tiempo, los científicos de IGF-UNAM se encargan de interpretar la información procesada en el CENAPRED. Vulcanólogos del IGF-UNAM trabajan actualmente en el monitoreo de los volcanes Popocatépetl y Colima (muestreo de fumarolas, medidas espectrométricas de emisiones de CO2 y SO2, etc.) mediante el uso de un espectrómetro de correlación (dos veces al mes) y en tiempo real mediante una red de 4 espectrómetros mini-DOAS. Por otra parte, el IGF-UNAM realiza mediciones de monitoreo de SO2, conjuntamente con la Universidad de Colima, para dar seguimiento a las emisiones de gases del volcán de Colima, para lo cual se utiliza una red de 2 espectrómetros. Actualmente se realizan también mediciones de SO2 y cenizas mediante el uso de imágenes de satélite.
4) Instituto Nicaragüense de Estudios Territoriales (INETER, Nicaragua, www.ineter.gob.ni). Se encarga del monitoreo volcánico en Nicaragua incluyendo redes sísmicas, medidas de temperatura, procesamiento on-line de imagines satelitales, medición de gases con miniDOAS, elaboración de mapas de amenazas etc. Los gases se monitorean con una red de equipos mini-DOAS, colocados especialmente en los volcanes San Cristóbal (dos estaciones DOAS completas permanentes), Masaya (dos estaciones DOAS completas permanentes) y durante 2009 se instalará un equipo de DOAS en el volcán Concepción. Igualmente se tiene un equipo portátil mini DOAS, que se utiliza para campañas mensuales en todos los volcanes activos.
5) Universidad de Nariño (UN, Colombia, www.udenar.edu.co), como parte de su que hacer académico y su deber de extensión hacia la comunidad, trabaja en conjunto con Ingeominas en la investigación de procesos volcánicos y en la gestión del riesgo relacionado con esta amenaza. La investigación en la gestión del riesgo se hace desde varios frentes, desde el componente ingenieril, hasta el componente socio-económico, así como la investigación de los procesos físicos que generan las amenazas provenientes del volcanismo explosivo, en particular, las relacionadas con el volcán Galeras.
6) Corporación Municipal para el mejoramiento del aire de Quito (CORPAIRE, Ecuador, www.corpaire.org). Se encarga de monitorear y modelar los contaminantes del aire mediante estaciones remotas, pasivas y de depósito y modelos numéricos de pronóstico.
7) Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET, Argentina, www. conicet.gov.ar ). Es el principal organismo dedicado a la promoción de la ciencia y la tecnología en la Argentina. Mantienen un activo grupo de vulcanología física, también integrado dentro del grupo GEONORTE de la Universidad de Salta (www.unsa.edu.ar), que realiza estudios de campo (reconstrucción de historia volcánica de centros activos, recolección de muestras de cenizas y estudios de sus parámetros granulométricos) y mediciones de monitoreo in situ (medición de temperaturas, recolección y análisis de gases, medición de SO2 in situ con MiniDOAS, etc.
8) Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE, Argentina, www.conae.gov.ar). Organismo encargado de proyectos espaciales en Argentina. En particular, gestiona información espacial para gestión de emergencias (miembro del CHARTER internacional “space and major disasters”) y salud. La Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE), en una nueva acción de promoción en la región Latinoamericana para la aplicación de la información de origen espacial en el manejo de emergencias naturales y antropogénicas, pone a disposición de los usuarios los contenidos traducidos al idioma español del sitio www.disasterscharter.org, los cuales estaban publicados originalmente en idioma inglés y francés. La CONAE participa desde el año 2003 en la Carta Internacional "El Espacio y las Grandes Catástrofes", creada entre las agencias espaciales de numerosas naciones. La Carta tiene el fin de facilitar gratuitamente el acceso a información de origen espacial a los países que lo soliciten para actuar ante una catástrofe en su territorio, y opera de manera que obtengan rápidamente imágenes satelitales de las zonas afectadas por la situación de emergencia, provocada por desastres de origen natural o antropogénico. Para dar respuesta a las recomendaciones recibidas en las reuniones desarrolladas en el Instituto de Altos Estudios Espaciales "Mario Gulich" de la CONAE en Córdoba, y considerando su utilidad para futuras actividades en cooperación con organismos espaciales y de manejo de emergencias de los países de América Latina, la agencia espacial argentina tomó la iniciativa de proveer la traducción al español de los contenidos de la página web de la Carta, con el objetivo de darle difusión a sus actividades y potenciar así la respuesta ante catástrofes que afecten a los países de la región, propiciando el acceso a la información y la capacitación de recursos humanos en los organismos que tienen competencia en la materia.
