Publicado: 
10 de enero de 2022

La NASA despliega todas sus herramientas para monitorear la actividad volcánica del planeta

En esta imagen captada por el satélite en longitudes de onda infrarrojas se revelan las partes más calientes del flujo de la colada de lava en La Palma. Créditos: Imágenes del Observatorio de la Tierra de la NASA por Lauren Dauphin, utilizando datos de Landsat del Servicio Geológico de los Estados Unidos. Descripción por Adam Voiland.
​​En esta imagen del 26 de septiembre de 2021 captada por el satélite en longitudes de onda infrarrojas se revelan las partes más calientes del flujo de la colada de lava en La Palma. Créditos: imágenes del Observatorio de la Tierra de la NASA por Lauren Dauphin, utilizando datos de Landsat del Servicio Geológico de los Estados Unidos

Durante la segunda mitad de 2021, la erupción volcánica de La Palma, España y  la erupción del Monte Semeru en la Island de Java, Indonesia, captaron la atención de los medios de comunicación por las dramáticas imágenes de las bombas y ríos de lava que avanzaban hacia la costa, arrasando con poblados y zonas agrícolas a su paso.

Pero erupciones como éstas son comunes: en promedio, se dan entre 16 y 20 eventos volcánicos alrededor del planeta cada día, un recordatorio de lo dinámico y complejo que es nuestro planeta. La NASA despliega esfuerzos significativos para monitorear este tipo de fenómenos naturales, y ofrece herramientas que ayudan a garantizar la seguridad de la población y profundizar nuestro conocimiento de estas dinámicas terrestres.

La actividad volcánica nunca descansa

La formación de volcanes está ligada a la actividad tectónica o a la presencia de un punto caliente en el manto que atraviesa la corteza. Cuando el magma se acumula, el aumento en la presión interna permite que los gases, compuestos principalmente de dióxido de azufre (SO2), vapor de agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2), se separen de la lava. Con el tiempo, estos gases empujan hacia la superficie y cuando la presión supera el punto crítico la corteza se fractura dando lugar a erupciones.

Es a través de la liberación de estos gases a la atmósfera, en particular del SO2, que las erupciones volcánicas influyen en la calidad del aire y el clima. Los volcanes expulsan gases y cenizas que interactúan con la atmósfera, afectando su composición y propiedades. Esta interacción es objeto de gran interés científico, pues se considera un importante motor natural de variaciones climáticas. Además, al afectar la calidad del aire, presentan un riesgo para las poblaciones más vulnerables.

“Las mediciones satelitales de calidad de aire son críticas para poder salvaguardar la salud de la población”, destacó Helena Chapman, gerente asociada del Programa de salud y calidad del aire dentro de la División de Ciencias de la Tierra, Ciencias Aplicadas, de la sede de NASA en Washington, D.C. 

“Estos datos ofrecen información en tiempo real sobre las emisiones de gases volcánicos que, junto con otros parámetros, permite a los científicos comprender mejor la dinámica de la actividad volcánica”, explicó Chapman. Agregó que esta información también “permite a los entes oficiales conocer sobre posibles riesgos para la salud y orientar sus planes de preparación y respuesta”.

Los científicos del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) en Pasadena, California, han desarrollado una herramienta para identificar y rastrear las nubes de ceniza volcánica alrededor del planeta combinando mediciones del espectro ultravioleta y del infrarrojo térmico. 

“Estos datos proveen información oportuna al Centro de aviso de ceniza volcánica (VAAC, por sus siglas en inglés) sobre la ubicación y extensión de la ceniza volcánica, y sobre la concentración de SO2 en la atmósfera. El VAAC usa esta información para emitir alertas y ayudará a refinar los pronósticos futuros”, señaló Nickolay Krotkov, científico atmosférico del centro Goddard de la NASA.

En el caso de la erupción de La Soufrière, la cual ocurrio en abril del 2021 en San Vicente y Las Granadinas, la nube volcánica se extendió hasta Cabo Verde en el curso de unos pocos días. “Esto se debe a los patrones de circulación atmosférica, ya que la nube de cenizas rápidamente alcanzó alturas de más de 18 kilómetros, y fue transportada hacia el este por los fuertes vientos del oeste de la troposfera tropical superior”, aseguró Krotov.

El rol de las emisiones volcánicas como motor natural de variaciones climáticas

La liberación de gases volcánicos a la atmósfera, en particular del SO2, tiene un impacto directo e indirecto sobre el clima. En la estratósfera, el azufre atmosférico se oxida para producir aerosoles que actúan como reflectantes de la radiación solar, reduciendo las temperaturas de la superficie y calentando la estratósfera inferior. Esto afecta los patrones de circulación y el sistema climático mundial.

Se estima que cada año se liberan a la atmósfera un promedio de 0,1 a 0,2 teragramos (de 100 a 200 millones de kilogramos) de gases producto de la actividad volcánica regular de la Tierra. “Puede ser difícil determinar el impacto ambiental de una erupción volcánica utilizando solo mediciones tomadas en tierra”, explicó Barry Lefer, coordinador del programa de Composición Atmosférica en la sede de NASA. “Por eso, las mediciones satelitales son críticas para poder entender el impacto de las erupciones volcánicas sobre nuestra calidad del aire y cómo estas pueden afectar nuestro clima a largo plazo”.

El efecto más directo de los aerosoles de sulfato es la dispersión de la radiación de onda corta del sol, que conduce a un cambio en la opacidad de la atmósfera, atenuando la cantidad de energía solar que llega a la superficie y produciendo un efecto de enfriamiento.

Este efecto invernal puede ser más o menos severo y registrarse a escala regional o global dependiendo de la fuerza y lugar de la erupción. Por ejemplo, en 1991, la erupción del Monte Pinatubo en Filipinas inyectó 15 teragramos de SO2 a la estratósfera e impulsó un “invierno volcánico”, siendo responsable del descenso global de las temperaturas durante los tres años posteriores.

Las nubes de sulfatos que llegan a la estratósfera han sido objeto de gran debate científico sobre su posible efecto en la mitigación de las emisiones antropogénicas de carbono a la atmósfera. El consenso científico es que se deben inyectar al menos 5 teragramos de dióxido de azufre a la estratósfera para observar un impacto climático cuantificable, como fue el caso del Pinatubo.

Los satélites de la NASA usan SO2 para estudiar nubes volcánicas

Esta imagen compuesta muestra la dispersión de las nubes volcánicas de SO2 sobre el Caribe desde el 8 de abril hasta el 21 de 2021. La escala de colores muestra la concentración de la columna de SO2 en unidades Dobson. Créditos: datos del satélite Suomi-NPP de la NASA y la NOAA, Suite de creación de perfiles y cartografía de ozono (OMPS, por sus siglas en inglés), procesados por el equipo de procesamiento de datos de NASA Ozone, Programa de Desastres-LANCE de la NASA.
Esta imagen compuesta muestra la dispersión de las nubes volcánicas de SO2 sobre el Caribe desde el 8 de abril hasta el 21 de 2021. La escala de colores muestra la concentración de la columna de SO2 en unidades Dobson. Créditos: datos del satélite Suomi-NPP de la NASA y la NOAA, Suite de creación de perfiles y cartografía de ozono (OMPS, por sus siglas en inglés), procesados por el equipo de procesamiento de datos de NASA Ozone, Programa de Desastres-LANCE de la NASA

Las mediciones de altura y propiedades de la pluma volcánica tienen implicaciones más allá del clima. Usando datos recolectados el 10 de abril de 2021 por el satélite Terra de la NASA, los equipos del centro Goddard y del Programa de Desastres de la NASA pudieron determinar la altura de la columna de gases, la intensidad de la eyección y el patrón de dispersión, creando un mapa interactivo 3D de la pluma de La Soufrière. Este tipo de análisis permite predecir hacia dónde se desplazarán las cenizas y qué regiones podrían verse afectadas.

La ceniza volcánica precipitada representa un importante problema de salud pública: es uno de los principales factores que contribuyen a la mala visibilidad, y presenta un riesgo para el tráfico aéreo porque las cenizas dispersas a altas temperaturas penetran fácilmente el interior de las aeronaves afectando motores, hélices y otros sistemas críticos. Disponer de este tipo de datos es indispensable para que las autoridades responsables tomen decisiones operativas sobre el tráfico aéreo.

Mapa de análisis de altura y dispersión de las nubes volcánicas de La Soufrière. Este análisis permite predecir hacia dónde se desplazará la nube de gases y cenizas La altura de la nube indica la intensidad de la inyección a la atmósfera y ayuda a determinar dónde afectarán las partículas la calidad del aire a nivel del suelo. En esta visualización, las alturas de los aerosoles se representan como círculos de colores progresivamente más claros para una mayor elevación, en el caso de La Soufrière a más de 20
Mapa de análisis de altura y dispersión de las nubes volcánicas de La Soufrière. Este análisis permite predecir hacia dónde se desplazará la nube de gases y cenizas La altura de la nube indica la intensidad de la inyección a la atmósfera y ayuda a determinar dónde afectarán las partículas la calidad del aire a nivel del suelo. En esta visualización, las alturas de los aerosoles se representan como círculos de colores progresivamente más claros para una mayor elevación, en el caso de La Soufrière a más de 20 kilómetros por encima de la superficie. Crédito: datos del satélite Terra, Proyecto de Nubes de Aerosoles Activos (AAP, por sus siglas en inglés) /Programa de Desastres de la NASA

El Sistema global de cartografía rápida de daños

Las primeras horas siguientes a un evento catastrófico son cruciales para ofrecer una respuesta efectiva, ejercer un control de los daños y trazar planes de gestión de emergencias. Ante la necesidad de ofrecer a las autoridades información confiable en tiempo casi real, el equipo de JPL desarrolló el Sistema global de cartografía rápida de daños.

Usando datos de radares de apertura sintética (SAR, por sus siglas en inglés), un instrumento a bordo de casi todos los satélites que orbitan la Tierra, los científicos desarrollaron un algoritmo pionero en su área que integra y analiza la información del conjunto de datos SAR para un área dada y genera un mapa representativo de daños.

Este proyecto ofrece mapas precisos en tiempo casi real de deformación de corteza, cambios superficiales y edificaciones afectadas, entre otras variables, y se usa para evaluar daños y gestionar emergencias en caso de terremotos, erupciones volcánicas, huracanes, incendios forestales, deslizamientos de terreno y mucho más.

En el caso La Soufrière y La Palma, los mapas representativos de daños permitieron a los gobiernos locales cuantificar la dimensión del daño, anticipar algunos cambios y dar alertas tempranas a las poblaciones afectadas, así como iniciar las primeras proyecciones en planes de recuperación.

“Los desastres naturales de una región pueden acarrear una cascada de cambios ambientales interconectados que se extiendan más allá de su área de origen. Un país que no cuenta con información pertinente en tiempo casi real es más vulnerable ante un evento catastrófico”, dijo Ricardo Quiroga, miembro del Programa de Desastres de la NASA, reiterando que todos los productos de la NASA son gratuitos y de acceso libre.

Desde la mirada del sistema de la Tierra, el estudio de las emisiones volcánicas proporciona una ventana al estudio de los cambios climáticos y permite preparar y prevenir desastres con costo humano. Ahondar en nuestra comprensión del impacto de las emisiones volcánicas y su destino en la atmósfera brinda un nuevo parámetro a nuestro entendimiento de la química atmosférica, robustece los modelos climáticos y mejora la predicción de los próximos cambios climáticos.

Jennifer Herrera