TTE92

MONITOREO DE GASES VOLCÁNICOS:

ANÁLISIS DE EMISIONES DE DIÓXIDO DE AZUFRE EN EL VOLCÁN

LÁSCAR DURANTE EL PERÍODO 2017-2021

Trabajo de Título para Optar al Título de Geóloga

ARACELLY VALENTINA ACUÑA MOLINA

Temuco, año 2022

Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

Comisión Examinadora

Este Examen de Título ha sido realizado en el Departamento de Obras Civiles y

Geología de la Facultad de Ingeniería

MINISTRO DE FE __________________________________________________

Jesús Torres Hoyer

Ingeniero Geólogo y Magister en Matemática Aplicada a la Ingeniería de la Universidad de los Andes. Universidad Católica de Temuco Dirección de Análisis y Calidad de la Docencia

PROFESOR GUÍA

__________________________________________________

Inés María Rodríguez Araneda

Geóloga y Doctora en Ciencias mención Geología de la Universidad Católica del Norte y Université Clermont Auvergne.

Universidad Católica de Temuco, Departamento de Obras Civiles y Geología

PROFESOR CO-GUÍA ________________________________________________

Claudia Andrea Bucarey Parra

Licenciada en Química y Magister en Recursos Naturales de la Universidad de la Frontera y Universidad Católica de Temuco

Observatorio Volcanológico de los Andes del Sur, Servicio Nacional de Geología y Minería

PROFESOR INFORMANTE __________________________________________

Gabriela Alejandra Velásquez Vargas

Licenciada en Química, Magister y Doctora en Ciencias mención Recursos Naturales de la Universidad de Santiago de Chile y Universidad de la Frontera

Observatorio Volcanológico de los Andes del Sur, Servicio Nacional de Geología y Minería

Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

Dedicada a mi Tatita,

Osvaldo Molina González

Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

Agradecimientos

En primer lugar, quiero agradecer a mi maravillosa madre Myriam, que con su infinito amor ayudó a que esta etapa fuera más llevadera. Me siento tan afortunada de tenerte mamá, que me hacen faltan las palabras para expresarte todo lo que significas para mí. Eres todo y más. También, agradezco con todo mi corazón a mi amado padre Juan Carlos, quien me enseñó la gran pasión por la montaña, y me ha apoyado en cada paso que doy. Gracias por darme la seguridad y valentía que a veces me falta. A mi querido hermano Carlos por enseñarme a perseguir mis sueños. A mi hermosa sobrina Antonia por enseñarme a amar. A mi abuelita Silvia por su dulce compañía y preocupación. A mi tía Anita y tío Picho por ser mis segundos padres … ¡Gracias a todos! De forma muy especial, extiendo también mis agradecimientos a mi profesora guía, la Dra. Inés Rodríguez, quien confió en mi para desarrollar este tema de investigación, brindándome su apoyo y dedicación para salir adelante. De la misma manera, quisiera agradecer a Claudia Bucarey y a Gabriela Velázquez, por entregarme su tiempo y disposición durante estos meses. Ha sido un honor trabajar con cada una de ustedes y aprender de sus respectivas áreas, muchas gracias. A modo personal, también quiero agradecer a mis amigas maravillosas, quienes me han acompaño siempre: Loreto, Carolina, Annette y Constanza. Gracias por las risas, la comida rica, los viajes, los abrazos llenos de amor. Gracias por ser mi refugio y permitirme aprender junto a ustedes en esta vida. También a Natalia, mi amiga de toda la vida que me ha escuchado, aconsejado y apoyado cada vez que lo necesito. A mis lindas amigas que conocí en la universidad: Catalina, Katty y Soledad. Gracias por su tiempo, cariño, compañía y comprensión, que tanto necesite para terminar esta etapa. Las llevaré siempre en mi corazón. A los compañeros de generación por las risas, viajes y caminatas de terreno. A la profesora Elisa Ramírez y al profesor Haroldo Lledó por no dudar en tenderme su mano cuando lo necesité. También a mi exprofesor Franco Vera, por incentivarme a estudiar volcanes y apoyarme en el desarrollo de mi práctica profesional. Y finalmente … I wanna thank me, for believin g in me, for doing all this hard work, for having no days off, for never quitting. ¡Gracias a mí!

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ÍNDICE DE CONTENIDOS

ÍNDICE DE CONTENIDOS................................................................................................... i

ÍNDICE DE CUADROS .......................................................................................................iii

ÍNDICE DE FIGURAS ......................................................................................................... iv

RESUMEN ............................................................................................................................. 1

ABSTRACT ........................................................................................................................... 2

1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 3

1.1 Planteamiento del problema ...................................................................................... 3

1.2 Hipótesis .................................................................................................................... 8

1.3 Objetivo general ........................................................................................................ 8

1.4 Objetivos específicos................................................................................................. 8

1.5 Ubicación y vías de acceso........................................................................................ 9

2. MARCO GEOLÓGICO ............................................................................................ 10

2.1 Generalidades .......................................................................................................... 10

2.2 Geología del basamento del volcán Láscar ............................................................. 10

2.3 Geología del volcán Láscar ..................................................................................... 11

2.3.1 Volcán Láscar .................................................................................................. 11

2.3.2 Otros volcanes del Cuaternario........................................................................ 13

2.3.3 Depósitos sedimentarios recientes................................................................... 13

2.4 Actividad eruptiva histórica .................................................................................... 15

2.5 Peligros volcánicos.................................................................................................. 17

3. MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 19

3.1 Monitoreo de gases volcánicos ............................................................................... 19

3.1.1 Gases volcánicos.............................................................................................. 19

3.1.2 Manifestaciones superficiales.......................................................................... 22

3.1.3 Técnicas de muestreo y monitoreo .................................................................. 23

3.2 Otros métodos de monitoreo volcánico.............................................................. 26

4. METODOLOGÍA ..................................................................................................... 27

4.1 Adquisición de datos ............................................................................................... 27

4.1.1 Estimación del flujo de SO 2 mediante equipos DOAS .................................... 28

i

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4.1.2 Alertas térmicas ............................................................................................... 35

4.1.3 Sismos.............................................................................................................. 35

4.2 Análisis estadístico.................................................................................................. 36

5. RESULTADOS ......................................................................................................... 37

5.1 Tasa de emisión de SO 2 en el volcán Láscar...................................................... 37

5.2 Evolución temporal multiparamétrica ................................................................ 42

6. DISCUSIONES ......................................................................................................... 45

6.1 Interpretación de los patrones de desgasificación .............................................. 45

6.2 Implicancias de las corrientes atmosféricas en las mediciones de SO 2 .............. 52

6.3 Utilidades y limitaciones de DOAS ................................................................... 55

6.3.1 Efectividad del método y limitaciones. ........................................................... 55

6.3.2 Consideraciones para su oportuna utilidad ...................................................... 57

7. CONCLUSIÓN ......................................................................................................... 58

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 60

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Composición química de algunas descargas de gas volcánico, en micromoles (10-6 mol) por mol. Tomado de Delmelle & Stix (2000). ............................................................. 20 Tabla 2. Técnicas de monitoreo volcánico. Tomado de Martí & Ernst (2008) y Stix & Gaonac’h (2015). .................................................................................................................. 26 Tabla 3. Variabilidad de las emisiones de SO 2 durante los diferentes intervalos de medición. .............................................................................................................................................. 40

Tabla 4. Distribución de datos para emisiones de SO 2 y velocidad del viento. .................. 41

Tabla 5. Comparación de la actividad volcánica registrada durante los intervalos de interés. .............................................................................................................................................. 44

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Mapa esquemático de la Zona Volcánica Central (ZVC) y la ubicación del volcán Láscar. Además, se señalan los volcanes que presenta actividad fumarólica permanente. Modificado de (Stern, 2004)................................................................................................... 7 Figura 2. Contexto tectónico y mapa de ubicación de la zona de estudio: volcán Láscar, Región de Antofagasta, Chile. ................................................................................................ 9 Figura 3. Mapa geológico simplificado del volcán Láscar. Modificado de Gardeweg et al (2011).................................................................................................................................... 14 Figura 4. Fotografías de las erupciones recientes del volcán Láscar. A) registrada el 19 de abril de 1993 a las11.50 h, altura columna 18 km. Fotografía pertenecientes a Jacques Guarinos, tomadas de Thomas et al (2009). B) registra el 30 de octubre de 2015 a las 12.40 h, altura columna 1,7 km. Tomada de Gaete et al (2020)..................................................... 16 Figura 5. Mapa de peligros simplificado del volcán Láscar. Modificado de (Gardeweg & Amigo, 2015) ........................................................................................................................ 18 Figura 6 . Formación de una pluma volcánica por desgasificación de componentes volátiles (H 2 O, CO 2 , SO 2 ) de un magma con alto contenido de sílice. Modificado de Carey & Bursik (2015).................................................................................................................................... 19 Figura 7. Contenido relativo de H 2 O, CO 2 y He de gases fumarólicos asociados a placas convergentes, placas divergentes y volcanes de hotspot . Tomada de Delmelle & Stix (2000). .............................................................................................................................................. 21 Figura 8. Técnicas para monitorear gases volcánicos. A. Muestreo directo; B. Espectroscopía Infrarroja con Transformada de Fourier (FTIR); C. Cámara Multi-Gas. Tomada de (Aiuppa, 2015). .................................................................................................. 23 Figura 9. Volcanes de Chile, donde se destacan aquellos que presentan monitoreo de gases DOAS. .................................................................................................................................. 25 Figura 10. Representación gráfica de cómo fueron adquiridos los datos utilizados para desarrollar esta investigación................................................................................................ 27 Figura 11. Ubicación geográfica del volcán Láscar y las estaciones es de monitoreo volcánico, donde se destacan las tres estaciones DOAS ubicadas al norte y sureste del cráter activo. Fuente: SERNAGEOMIN. ....................................................................................... 29 Figura 12. Ilustración esquemática de cómo funciona la espectroscopía de absorción en gases trazas atmosféricos. Tomado de (Platt et al., 2008).............................................................. 30 Figura 13 . Ilustración de la configuración experimental y óptica de mini-DOAS. Tomada y modificada de Edmonds et al (2003) y Platt et al (2018). .................................................... 32

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

Figura 14. Flujos promedio diarios de SO 2 medidos desde agosto de 2017 hasta agosto de 2021. Se considera el período 1 como pre-alerta amarilla, el período 2 como fase de alerta amarilla, y el período 3 como el estado post-alerta amarilla. Las barras indican intervalos de tiempo donde: no se registraron mediciones (rojo), período 2 (amarillo) y ciclos de interés (gris). Además, se destaca con línea segmentada las alzas importantes dentro de la serie de datos (líneas curvas) y la emisión de material particulado (línea vertical). ......................... 39 Figura 15. Diagrama de caja para: a) flujos de SO 2 (t/d) y b) velocidad de viento (m/s), donde se identifican la dispersión de datos, medidas de tendencia central y valores anómalos para el volcán Láscar. ................................................................................................................... 41 Figura 16 . Evolución temporal multiparamétrica del volcán Láscar, entre agosto del año 2017 a agosto del año 2021. a) Flujos de SO 2 por mes, b) altura de la columna de desgasificación en metros por mes, c) Poder radiativo volcánico en MW por mes, d) Eventos VT por mes, e) Eventos LP por mes, y c) Eventos TO por mes. Además, se señalan los períodos de pre-alerta amarilla, alerta amarilla y post alerta amarilla (flechas en la parte superior del gráfico; los intervalos de interés (barra amarilla y barras grises); y la emisión de material particulado en noviembre de 2018 (línea roja vertical punteada). ......................... 43 Figura 17. Imágenes satelitales OMI donde se observan las mediciones de SO 2 realizadas tras la erupción menor registrada el día 22 de noviembre de 2018. ..................................... 49 Figura 18 . Modelo integral de desgasificación para el volcán Láscar, donde se analizan las fluctuaciones de las emisiones de SO 2 en relación al desarrollo de otros parámetros eruptivo. .............................................................................................................................................. 51 Figura 19. Gráfico de dispersión (X, Y) donde se observa la correlación que existe entre el conjunto de datos de velocidad de viento (m/s) respecto al flujo de SO 2 (t/d) emitido por el volcán Láscar. ....................................................................................................................... 53 Figura 20. Variaciones temporales de la velocidad y dirección del viento en el volcán Láscar. 19a) serie temporal de perfil atmosférico vertical que representa la velocidad del viento; dirección de los vientos medios: 19b) hasta 387 m sobre la superficie y xc hasta 1402 m sobre la superficie. Tomado y modificado de (Bredemeyer, 2016). .............................................. 54

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

RESUMEN

El volcán Láscar, ubicado en los Andes Centrales, corresponde al sistema volcánico

más activo del norte de Chile. Su actividad comenzó antes del último período glacial (40-50

ka) y continúa hasta el día de hoy con explosiones menores cada 2-3 años. Como

característica principal, el Láscar presenta en su cima desgasificación constante, por tanto,

para comprender su origen y fluctuación actual, se realizó un análisis de las emisiones de

dióxido de azufre (SO 2 ) , con datos medidos durante cuatro años (2017-2021) por el equipo

DOAS a cargo del Observatorio Volcanológico de los Andes del Sur (OVDAS).

La base de datos de emisiones de SO 2 , asociadas a la velocidad del viento y al número

de mediciones realizadas por el equipo, fueron analizadas de acuerdo al tipo de actividad y

alerta volcánica que presentó el volcán en el período de estudio. A partir de ello, se

identificaron tres períodos de interés: (1) pre-alerta amarilla: agosto 2017 a febrero 2018, (2)

alerta amarilla: marzo a agosto 2018 y (3) post-alerta amarilla: septiembre 2018 a agosto

2021; que concluyen un estado de desgasificación pasiva que fluctúa entre los 275 a 1.142

t/d de SO 2. Sin embargo, a partir de los gráficos realizados, se identificó un patrón oscilatorio

con amplitud máxima durante el invierno austral, aumento en las mediciones sin detectar

SO 2 , y anomalías por sobre los 2.000 t/d de SO 2 , que al vincularse a otros parámetros

precursores de actividad volcánica (altura de la columna de desgasificación, actividad

volcánica termal superficial, y número de eventos sísmicos tipo Volcano-Tectónico, Largo

Período y Tornillo) permitieron generar un análisis multiparamétrico integral. Así, se

identificó que la actividad hidrotermal, el cambio estacional, y la dinámica de ascenso del

magma, influyen en la emisión de SO 2 volcánico, generando tres patrones de desgasificación:

(1) Desgasificación volcánica-hidrotermal de baja presencia de SO 2 , (2) Emisiones de SO 2

influenciadas por la velocidad de viento, y (3) Emisiones de SO 2 en respuesta a la actividad

magmática.

En síntesis, la actividad eruptiva del volcán Láscar identificada durante marzo de

2018 y marzo de 2019, iniciaría con actividad sísmica profunda para luego desarrollar

actividad volcánica superficial donde se emiten cantidades de SO 2 por sobre las 2.429 t/d.

Por tanto, se demuestra así que el monitoreo de SO 2 , al complementarse con otros parámetros,

permite aproximarse un poco más al entendimiento del comportamiento volcánico.

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

ABSTRACT

The Láscar volcano, located in the Central Andes, is the most active volcanic system

in northern Chile. Its activity began before the last glacial period (40-50 ka) and continues to

this day with minor explosions every 2-3 years. As the main character, Láscar presents

constant degassing at its summit, therefore, to understand its origin and current fluctuation,

an analysis of sulfur dioxide (SO 2 ) emissions was performed, with data measured during four

years (2017-2021) by DOAS instrument of the Volcanological Observatory of the Southern

Andes (OVDAS).

The SO2 emissions database, associated with wind speed and the number of

measurements made by the instrument, were analyzed according to the type of activity and

volcanic alert presented by the volcano during the study period. From this, three periods of

interest were identified: (1) pre-yellow alert: August 2017 to February 2018, (2) yellow alert:

March to August 2018, and (3) post-yellow alert: September 2018 to August 2021; which

conclude a state of passive degassing fluctuating between 275 to 1.142 t/d of SO 2 . However,

from the graphs made, an oscillatory pattern was identified with maximum amplitude during

the austral winter, increase in measurements without detecting SO 2 , and anomalies above

2.000 t/d of SO 2 , which when linked to other precursor parameters of volcanic activity (height

of the outgassing column, surface thermal volcanic activity, and the number of seismic events

type Volcano-Tectonic Long-Period and Screw type) allowed generating a comprehensive

multi-parametric analysis. Thus, it was identified that hydrothermal activity, seasonal

change, and magma ascent dynamics influence volcanic SO 2 emission, generating three

degassing patterns: (1) Low SO 2 volcanic-hydrothermal degassing, (2) SO 2 emissions

influenced by wind velocity, and (3) SO 2 emissions in response to magmatic activity.

In summary, the eruptive activity of the Láscar volcano identified during March 2018

and March 2019, would start with a deep seismic activity to then develop shallow volcanic

activity where SO 2 amounts above 2.429 t/d are emitted. Therefore, it is demonstrated that

SO 2 monitoring, when complemented with other parameters, allows us to get a little closer

to the understanding of volcanic behavior.

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

1. INTRODUCCIÓN

1.1 Planteamiento del problema

Desde emisiones de vapores ácidos liberados por volcanes altamente activos, hasta

emanaciones invisibles de dióxido de carbono a través del suelo, los gases volcánicos

influyen directamente en el comportamiento de un volcán, ya que la creciente disponibilidad

de esta especie puede generar desde una actividad explosiva si aumenta la presión interna, a

una liberación de forma pasiva sin erupcionar (Delmelle & Stix, 2000).

Los volcanes son la fuente de diversos compuestos atmosféricos traza, como por ejemplo:

vapor de agua (H 2 O), dióxido de carbono (CO 2 ), dióxido de azufre (SO 2 ) y halógenos, así

como también de partículas sólidas y metales (Arellano et al., 2021). De estas especies, la

mayoría se liberan directamente desde el magma, por lo que su estudio puede proporcionar

información importante sobre el estado de la actividad volcánica (Oppenheimer et al., 2013).

Según lo anterior, diversos investigadores (Francis et al., 2000; Galle et al., 2003;

Mcgonigle, 2005; O’Dwyer et al., 2003) han desarrollado y aplicado técnicas para medir la

composición y las tasas de emisión de estos gases a través de sensores remotos, que consisten

en instrumentos espectroscópicos que se pueden desplegar y monitorear desde la tierra,

aviones y/o satélites (Oppenheimer et al., 2013). Por lo tanto, bajo este punto de vista, para

detectar la diversas especies gaseosas, se deben considerar especialmente las características

de absorción en el espectro electromagnético de las partículas de gas (Arellano et al., 2021).

De las especies gaseosas, el SO 2 es el gas más observado por métodos de teledetección

(Oppenheimer, 2010), debido a sus bandas de absorción de radiación accesibles en las

regiones espectrales del ultravioleta cercano (NUV) y del infrarrojo medio (MIR), y a su gran

contraste atmosférico en comparación con gases volcánicos como el H 2 O y CO 2 , ya que, no

se presenta en la atmósfera (Arellano et al., 2021; Bredemeyer, 2016). Por tanto, estudiar los

cambios en las mediciones de dióxido de azufre pueden brindar información oportuna sobre

lo que puede estar sucediendo en el sistema de conductos volcánicos poco profundos,

pudiéndose utilizar como un parámetro que actúe como precursor (Edmonds et al., 2003;

Henney et al., 2012).

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

Con la finalidad de realizar estudios de desgasificación de SO 2 , la actividad volcánica en

el margen occidental de América del Sur resulta ser de gran interés, ya que, debido a su

contexto tectónico de subducción, presentan más de 200 volcanes activos distribuidos en

cuatro segmentos de la Cordillera de los Andes (Figura 1): Zona Volcánica Norte (ZVN,

2°N-5°S) que comprende los países de Colombia, Ecuador y Perú; Zona Volcánica Central

(ZVC, 14°S-28°S) que comprende el sur de Perú, norte de Chile y Argentina; Zona Volcánica

Sur (ZVS, 33°S-46°S) que comprende el centro-sur de Chile y Argentina; y la Zona

Volcánica Austral que comprende el extremo sur del continente (ZVA, 49°S-55°S) (Thorpe,

1984).

De forma particular, la ZVC es una de las provincias volcánicas más extensas del mundo,

por su longitud y volumen de material eyectado. En ella se concentra la más alta densidad de

volcanes y centros eruptivos que existe sobre la Tierra e incluye los volcanes activos de

mayor altura en el mundo, como el Nevado Ojos del Salado (6.887 m s. n. m) (Stern et al.,

2007). En el norte de Chile, la ZVC reúne cerca de 32 volcanes activos, además de domos,

centros eruptivos monogenéticos y grandes complejos de calderas (Lara et al., 2011). Sin

embargo, solo algunos han desarrollado actividad histórica y actividad fumarólica

permanente, como por ejemplo, los volcanes: Tacora, Parinacota, Guallatiri, Isluga,

Irruputuncu, Olca, Ollagüe, San Pedro, Putana, Láscar, Lastarria (Stern et al., 2007). Entre

ellos, el estratovolcán Láscar, ubicado al este del Salar de Atacama, ha sido reconocido como

el volcán más activo de la ZVC, de acuerdo con el número de episodios eruptivos

documentados en los cuatro siglos anteriores (Lara et al., 2011).

El volcán Láscar, de composición andesítica-dacítica, alberga en su cima cinco cráteres

que se superponen e interactúan parcialmente (Gardeweg et al., 2011). Su actividad comenzó

antes del último glacial (40-50 ka), no obstante, los registros históricos datan de 1854 cuando

se realizó la primera descripción de su escenario eruptivo (Casertano & Barozzi, 1961).

Desde entonces se han documentado alrededor de 30 erupciones, las cuales han sido

principalmente freatomagmáticas y de actividad fumarólica (Gardeweg et al., 2011; Pérez,

2020). Dentro de ellas, destaca la erupción subpliniana desarrollada en el año 1993, la cual

destruyó al pueblo de Talabre Viejo y generó una columna eruptiva de más de 18 km de

altura (Matthews et al., 1997; Thomas et al., 2009). Posterior a este evento, los informes

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

históricos documentan en el Láscar desgasificación permanente y explosiones menores cada

2-3 años en promedio, frecuentemente impulsadas por vapor de agua (Gaete et al., 2020).

De acuerdo con estudios petrológicos, el volcán Láscar presenta dos tipos de reservorio

magmático, el primero de ellos correspondería a una cámara magmática en continuo

fraccionamiento que recibe influjos andesíticos-basálticos (Matthews et al., 1994); y el

segundo, correspondería a una cámara magmática más evolucionada de características

dacíticas con alto porcentaje de volátiles (Matthews et al., 1999). Además, mediante el uso

de modelos matemáticos, software Conflow y resultados de análisis geoquímicos, se ha

podido interpretar una posible zona de transición en las condiciones de almacenamiento del

magma a una profundidad aproximada de 13 km (Contreras, 2017; Encina, 2016). Sin

embargo, y de forma complementaria, estudios sismológicos han identificado cambios en la

geometría de los conductos volcánicos a partir de ~5 km de profundidad bajo el cráter,

sugiriendo posibles cámaras magmáticas someras y el desarrollo de sistemas hidrotermales

(Gaete et al., 2019; Pérez Gutiérrez, 2020).

Actualmente, el volcán Láscar se caracteriza por la presencia de una columna de

desgasificación permanente en su cima, de la cual se han identificado tres posibles fuentes

de origen: una fuente magmática proveniente de la desgasificación de posibles domos en el

cráter, una fuente meteórica y una fuente hidrotermal. Todas ellas en interacción (Tassi et al.,

2009). No obstante, la presencia de SO 2 ha sido importante de considerar, ya que, mediante

mediciones realizadas por espectrometría de correlación y espectroscopía de absorción óptica

diferencial se estimó un flujo promedio de 2.300 t/d durante 1989 y también durante el año

2003 (Andres et al., 1991; Mather et al., 2004). Luego, durante una campaña realiza entre el

año 2009 a 2012 en el volcán Láscar, esta vez mediante espectroscopía de absorción óptica

diferencial se obtuvo un flujo promedio de 500 t/d (Menard et al., 2014), similar a lo obtenido

por Henney et al., (2012) y Tamburello et al., (2014). Sin embargo, estos valores aumentaron

ampliamente durante la erupción freática ocurrida en octubre de 2015, donde se registraron

valores de flujo cercanos a los 4.700 t/d mediante espectroscopía de absorción óptica

diferencial (Gaete et al., 2020).

Otro antecedente importante, corresponde al cambio de actividad que presentó el volcán

Láscar durante los meses de marzo y agosto de 2018, donde se reportó un incremento

5

Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

considerable en la actividad sísmica volcánica y posteriormente se registró la emisión de

material particulado en noviembre del mismo año (SERNAGEOMIN, 2018c), por lo tanto,

analizar el comportamiento de la columna de desgasificación para este período resulta de

gran interés.

Si bien, muchas erupciones volcánicas todavía ocurren sin precursores claros, la gran

mayoría desarrolla incrementos en algunos parámetros de monitoreo, tales como emisiones

de SO 2 , sismos y aumentos de temperatura superficial, entre otros (Gaete et al., 2020). Por lo

tanto, para el entendimiento y el pronóstico de las erupciones volcánicas es necesario revisar

más de una variable. Bajo este contexto, y de acuerdo con la información disponible surgen

las siguientes interrogantes: ¿Cuál es la tasa actual de SO 2 emitido en el volcán Láscar?,

¿Existe una relación entre las emisiones de SO 2 , anomalías térmicas y sismos volcánicos?,

¿Pueden influir las corrientes atmosféricas en el aumento de la actividad fumarólica?

Para comprender lo que ocurre con la desgasificación continua de SO 2 en este volcán, se

propone en el siguiente estudio analizar los datos medidos por el Espectrómetro de Absorción

Óptico Diferencial (DOAS) a cargo de SERNAGEOMIN durante los años 2017-2021, con

el objetivo de conocer el comportamiento actual de la actividad fumarólica del volcán Láscar.

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

Figura 1. Mapa esquemático de la Zona Volcánica Central (ZVC) y la ubicación del volcán Láscar. Además, se señalan los volcanes que presentan actividad fumarólica permanente. Modificado de Stern (2004).

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

1.2 Hipótesis

De acuerdo con la evaluación de la actividad volcánica registrada durante los años 2017

2021, el volcán Láscar se encuentra actualmente activo y estable, con actividad fumarólica

permanente en su cima. En volcanes de características tectónicas similares, los parámetros

de emisiones de SO 2 para períodos de desgasificación pasiva fluctúa entre 50 a 1.000 t/d, sin

embargo, se espera detectar valores anómalos durante:

1.- Cambios estacionales, donde las condiciones meteorológicas influyen en su

estimación.

2.- Incremento de la actividad volcánica termal y sísmica, como respuesta a la dinámica

de ascenso del magma.

1.3 Objetivo general

El objetivo general de esta investigación es analizar los flujos de dióxido de azufre (SO 2 )

emitidos por el volcán Láscar, entre los años 2017-2021, mediante el uso de Espectroscopía

de Absorción Óptica Diferencial (DOAS).

1.4 Objetivos específicos

 Determinar la tasa emisión de SO 2 durante el actual período de desgasificación.

 Identificar las variaciones en las emisiones de SO 2 durante los cambios estacionales.

 Analizar los datos sísmicos volcánicos y anomalías termales reportados por OVDAS y MIROVA.

 Generar un análisis integral de emisiones de SO 2 , anomalías térmicas y sismos

volcánicos.

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

1.5 Ubicación y vías de acceso

El volcán Láscar ( 23°22’S – 67°44’W , 5.592 m s. n. m) se ubica en la región de

Antofagasta, Chile, distante de 270 km aproximadamente de la capital regional Antofagasta

(Figura 2). La localidad más cercana al volcán corresponde a Talabre (3.450 m s. n. m), un

poblado situado a 17 km con una población de 60 habitantes (Mineduc, 2019).

Para acceder a la zona de estudio desde Antofagasta, se deben recorrer 215 km en

dirección NE (Ruta 5 y Ruta 25) hasta llegar a la ciudad de Calama. Desde este lugar, se debe

ingresar a la Ruta 23 que atraviesa las localidades de San Pedro de Atacama y Toconao.

Finalmente, para acceder al volcán se debe tomar la ruta B-357 en dirección al poblado de

Talabre.

Las rutas principales (Ruta 5, Ruta 25 y Ruta 23) se encuentran en buen estado y

pavimentadas, mientras que los caminos que ingresan al volcán (por ejemplo, la ruta B-357)

corresponden a caminos de tierra y ripio .

Figura 2. Contexto tectónico y mapa de ubicación de la zona de estudio: volcán Láscar, Región de Antofagasta, Chile.

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

2. MARCO GEOLÓGICO

2.1 Generalidades

De acuerdo con su ubicación geográfica, el volcán Láscar se encuentra en el margen

occidental del “plateau” Altiplano -Puna, en la denominada Zona Volcánica Central (ZVC)

que agrupa a volcanes presentes en la zona de los Andes Centrales del sureste de Perú, oeste

de Bolivia, norte de Chile y noroeste de Argentina. (Stern et al., 2007).

En esta zona, la litósfera de la placa de Nazca (< 60 Ma) está siendo subducida a 7-9

cm/año, en una dirección ortogonal noreste de 27°. El espesor de la corteza continental,

alcanza los > 70 km, y la placa subductada desciende con un buzamiento de 25° a una

profundidad de 400 km (Demets et al., 1990; Dorbath et al., 1996; Stern, 2004). De esta

manera, la corteza subducida, tiene una importante influencia en el grado de hidratación de

la losa subductada, así como también en la química de los magmas en el norte de Chile, y

sobre el desarrollo del arco magmático andino (Stern et al., 2007).

Debido a esta configuración tectónica, a partir del Jurásico, ocurre la migración del arco

a su posición actual en la región del Altiplano-Puna ubicado a 240-300 km de la fosa,

provocando que la actividad magmática incremente considerablemente. Grandes volúmenes

de magmas riolíticos comenzaron a erupcionar en ~27 Ma, formando extensas mesetas

ignimbríticas en el Altiplano. Posterior a esto, durante el Mioceno, se formaron una serie de

estratovolcanes andesíticos a dacíticos, los que debido al incremento de la actividad

magmática formaron nuevos estratovolcanes de las mismas composiciones en el Mioceno

tardío y Plioceno (Allmendinger et al., 1997; Isacks, 1988). Dadas las condiciones climáticas

hiperáridas de la zona, estos centros volcánicos e ignimbritas se encuentran extremadamente

bien conservados, lo que permite afirmar que los magmas originados durante este período

presentan la misma composición que la reciente cadena volcánica ZVC formada durante el

Pleistoceno tardío al Holoceno (Stern et al., 2007).

2.2 Geología del basamento del volcán Láscar

El basamento pre-Cenozoico del volcán Láscar consiste en cuarzo-areniscas marinas del

Devónico al Carbonífero inferior pertenecientes a la Formación Lila, una secuencia de rocas

volcánicas y volcanoclásticas pertenecientes a la Formación Cas del Pérmico, y una

secuencia de rocas volcánicas y volcanoclásticas pertenecientes a la Formación Peine y

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

Estrato Cerro Negro de edad Pérmico a Triásico, las cuales son instruidas por granitoides y

riodacitas del Permo-Triásico. Así, estas unidades se encontrarían delimitadas por fallas y

rodeadas de rocas volcánicas y sedimentos correspondientes a los Estratos de Quepe del

Cenozoico Superior (Gardeweg et al., 2011; Matthews et al., 1994)

Del Neógeno-Cuaternario, destacan los extensos mantos de ignimbritas que cubren la

topografía y le otorgan una planicie inclinada al oeste al paisaje que domina entre el volcán

Láscar y el Salar de Atacama (Gardeweg et al., 2011; Gardeweg et al., 1998). Estas habrían

sido el resultado de la erupción de la Caldera La Pacana que se encuentra justo al sur del

volcán Láscar (Gardeweg & Ramírez, 1987).

2.3 Geología del volcán Láscar

Ubicado en el Salar de Atacama, el volcán Láscar es el volcán históricamente más activo

de la zona norte de los Andes Chilenos. Este estratovolcán compuesto constituido por dos conos (oriental y occidental) presenta un volumen estimado de 30-40 km 3 y una altitud de

5.592 metros, en cuya cima se han desarrollado cinco cráteres alineados en dirección ENE

(Stern et al., 2007). Durante la evolución de este volcán, el conducto eruptivo se ha

desplazado a lo largo del lineamiento ENE, generando un sistema de al menos cinco cráteres

anidados de entre 600 y 1.000 m de diámetro. De ellos, en la actualidad, se encuentra activo

el cráter central de 800 m de diámetro y 300 m de profundidad, dentro del cual se ha formado

durante los eventos eruptivos de las últimas décadas, un sexto cráter de < 200 m de diámetro

(Gardeweg et al., 2011).

2.3.1 Volcán Láscar

La evolución geológica del volcán Láscar data aproximadamente del Pleistoceno Medio

( ca . 240 ka), con una composición predominantemente andesítica (construcción del cono

oriental), la que más tarde evolucionó a dacítica debido a la migración del centro emisor al

oeste (construcción del cono occidental). Según estas características y de acuerdo con los

criterios morfoestructurales y estratigráficos del volcán Láscar, Gardeweg et al (2011) define

la secuencia volcánica según sus cuatro etapas evolutivas principales (Figura 3):

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

Unidad Láscar 1

Los productos más antiguos del volcán corresponden a la etapa de formación del cono

oriental hace >43 ka (Pleistoceno medio-superior) (Gardeweg et al., 1998), el cual se

construyó principalmente de depósitos piroclásticos y extensas coladas de lava. De acuerdo

con sus relaciones de contacto, esta unidad presenta extensos flujos de lava de bloques

andesítica dispuestas sobre la planicie ignimbrítica, además de flujos piroclásticos y

escoriáceos.

Unidad Láscar 2

Esta etapa inicia con la migración del centro eruptivo hacia el oeste, y la extrusión y

colapso de un complejo de domos en interacción con masas glaciales (100-63 ka; Pleistoceno

superior). También en este período, se desarrolla una intensa actividad efusiva, la que da

origen a numerosas coladas de lava que construyeron el cono occidental. Dentro de esta

unidad destaca la Ignimbrita Sóncor, cuyos depósitos evidencian el evento eruptivo más

importante dentro de la historia geológica del volcán Láscar. La Ignimbrita Sóncor está

constituida por depósitos de flujos piroclásticos de hasta 27 km de longitud, y por depósitos

de caída que alcanzan los 20 m de espesor.

Unidad Láscar 3

Posterior al emplazamiento de la Ignimbrita Sóncor, ocurre un período de relativa

inactividad eruptiva en el volcán Láscar hace 20-10 ka (Pleistoceno superior-Holoceno).

Junto con ello, se registra en la zona un aumento en los niveles de erosión, lo que es

evidenciado por el desarrollo de un extenso abanico lahárico que modificó localmente la

morfología de la Ignimbrita Sóncor. Más tarde en ~9,2 ka, se reactiva la actividad volcánica

con la extrusión violenta de piroclastos andesíticos que originaron depósitos de escorias, un

pequeño cono piroclástico anidado en el cráter mayor del cono occidental y la formación de

un depósito piroclástico fuertemente soldado. La Unidad Láscar 3 representa el cese de la

actividad eruptiva en el cono occidental y su posterior migración hacia el cono oriental.

Unidad Láscar 4

En esta última etapa, la actividad volcánica se desplaza nuevamente hacia el este, y se

instala sobre el extinto edificio creado durante la primera etapa hace 7,1 ka (Holoceno). Esta

unidad se constituye por tres subunidades principales: colada de lava Tumbre-Talabre, los

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depósitos asociados a erupciones vulcanianas y los depósitos piroclásticos de flujos y caída

asociados a la erupción subpliniana de abril de 1993.

2.3.2 Otros volcanes del Cuaternario

Esta unidad abarca los productos de los estratovolcanes Aguas Calientes o Simba y

Tumisa, que afloran al este y suroeste del volcán Láscar, respectivamente. Estos incluyen

lavas, lavas domo y domos de composición andesítica y dacítica. Además, comprende

depósitos de bloques y cenizas y, en forma subordinada, ignimbritas de pequeño volumen de

composición predominantemente dacítica. Dentro de esta unidad, también es considerado el

Complejo Volcánico Cerro Corona, el cual se caracteriza por un notable domo y por una

colada de lava que se emplaza sobre estos domos de composición dacítica.

2.3.3 Depósitos sedimentarios recientes

Corresponde a un conjunto de depósitos sedimentarios de edad pleistocena superior a

holocena de diversos orígenes, los que se asocian a procesos glaciales, coluviales, de

remociones en masa, aluviales y eólicos.

Depósitos glaciales y periglaciales

Depósitos brechosos polimícticos, de mala selección, con bloques de hasta 1 m de

diámetro, en matriz arenosa, con incipiente laminación, que aparecen sobre los 4.200 m de

altura. Tanto estos depósitos como los aluviales han sufrido intensa erosión eólica, la que ha

removido parte de la fracción fina de la matriz y ha causado que los clastos mayores

sobresalgan por sobre el depósito.

Depósitos sedimentarios no consolidados

Depósitos cuaternarios no diferenciados, principalmente aluviales, coluviales, de fondo

de quebrada y, en menor proporción, escombros de falda. Se reconocen en el área extensos

y potentes depósitos aluviales que forman abanicos gradacionales aluviales. Algunos de estos

depósitos presentan como intercalaciones entre los depósitos de flujos piroclásticos del

volcán Láscar.

Depósitos eólicos recientes

Depósitos eólicos de grano fino (dunas) se observan adosados a los flancos occidentales

de los cerros Cuyucas, cubriendo parcialmente el depósito de flujo piroclástico Sóncor.

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Monitoreo de gases volcánicos: análisis de emisiones de dióxido de azufre…

Figura 3. Mapa geológico simplificado del volcán Láscar. Modificado de Gardeweg et al., (2011).

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2.4 Actividad eruptiva histórica

Los primeros registros de actividad eruptiva del volcán Láscar corresponden a

observaciones realizadas a distancia por el naturalista alemán Rodolfo Philippi en su viaje

por el desierto de Atacama en 1848, donde la actividad volcánica es reconocida por una

columna fumarólica sobre el cráter (Casertano & Barozzi, 1961). Posteriormente, durante la

década de los 80’, el Láscar intensifica notablemente su frecuencia eruptiva, registrando a

partir de 1984 una serie de eventos efusivos y explosivos, entre los que se destacan cuatro

ciclos de crecimiento y subsidencia de domos, desgasificación de 2.300±1.120 t/d de SO 2 en

1989 y erupciones explosivas (Matthews et al., 1997).

En abril de 1993, luego de la subsidencia de un domo ubicado en el cráter activo, ocurre

la erupción más grande registrada en el Láscar (Figura 4a). Esta erupción corresponde a un evento subpliniano en la que cerca de 0,1 km 3 de material volcánico, acompañado de

abundante actividad sísmica, y caracterizada por el desarrollo de una columna eruptiva

fluctuante que superó los 18 km de altura (Thomas et al., 2009). Entre los productos de esta

erupción destacan la emisión de 400 k/t de SO 2, los flujos piroclásticos originados a partir

del colapso de esta columna eruptiva, flujos de detritos y la extensa pluma que fue desplazada

por los vientos en dirección E-SE que abarcó grandes extensiones en el NW argentino y la

costa atlántica (Gardeweg & Medina, 1994; Gardeweg et al., 2011; Matthews et al., 1997).

El material eyectado en este período generó depósitos de gran espesor en el flanco

oriental del volcán, los que se componen de fragmentos juveniles vesiculares de diversos

tamaños y fragmentos líticos provenientes del domo anteriormente formado. Por otra parte,

al SE del cráter se han observado además grandes bloques eyectados balísticamente, los que

alcanzaron una distancia máxima de 5 km en trayectoria dirigida (Gardeweg & Medina,

1994).

Finalmente, como resultado de la depositación sucesiva de flujos piroclásticos

originados en la base de la columna eruptiva, se formó una ignimbrita de menor volumen,

caracterizada por su alto contenido de fragmentos pumíceos, escoriáceos y bandeados

(Gardeweg & Medina, 1994).

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Después del ciclo eruptivo comprendido entre 1984 y 1993, los informes históricos

documentan erupciones menores (IEV 2-3) cada 2-3 años en promedio, con una ocurrencia

frecuente de explosiones impulsadas por vapor sin ninguna evidencia de actividad precursora

(por ejemplo, sismicidad). La última erupción registrada corresponde al evento ocurrido el

30 de octubre del año 2015 (Figura 4b), la cual desarrolló una pluma de 1,7 km de altura y

presentó actividad sísmica variable (Gaete et al., 2020). Conforme a estos datos, el registro

histórico del volcán Láscar comprende en total 30 erupciones, donde la mitad de estas han

ocurrido en primavera del hemisferio sur (Gaete et al., 2020; Gardeweg et al., 2011).

A

B

Figura 4. Fotografías de las erupciones recientes del volcán Láscar. A) Registrada el 19 de abril de 1993 a las11.50 h, altura columna 18 km. Fotografía pertenecientes a Jacques Guarinos, tomadas de Thomas et al (2009). B) Registrada el 30 de octubre de 2015 a las 12.40 h, altura columna 1,7 km. Tomada de Gaete et al (2020).

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2.5 Peligros volcánicos

Históricamente el volcán Láscar se ha caracterizado por desarrollar erupciones del tipo

vulcaniano, con eyección de bombas y bloques de trayectoria balística, además de una

erupción explosiva mayor del tipo subpliniana (1993), con la generación de numerosos flujos

piroclásticos y un extenso depósito de caída. Por otro lado, el registro geológico pre

Holoceno indica la ocurrencia de erupciones explosivas de gran magnitud, con generación

de flujos piroclásticos mayores a los observados en épocas recientes, asociado a la

evacuación de magmas ricos en volátiles (Gardeweg et al., 2011).

Ante una reactivación del volcán Láscar, los procesos volcánicos que podrían resultar ser

peligrosos corresponden a la caída de piroclastos en torno al centro eruptivo (ceniza, bombas

y bloques), la generación de flujos y oleadas piroclásticas, además de la extrusión de domos

y coladas de lava (Gardeweg et al., 1998). De acuerdo con el mapa de Peligros del volcán

Láscar (Gardeweg & Amigo, 2015), las zonas más susceptibles de ser afectadas por la

dispersión y caída de piroclastos corresponden a los sectores situados hacia el E, SE y NE

del volcán, mientras que flujos y oleadas piroclásticas son más susceptibles de ser

emplazados por los flancos N, NO y SE del volcán. Solamente en casos extremos,

vinculados a erupciones de gran magnitud, estos podrían alcanzar el pueblo de Talabre,

ubicado a 17 km del volcán (Figura 5).

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