Universidad Veracruzana

Aspectos generales

Título del Proyecto

Peligros hidrometeorológicos y geológicos en el volcán Pico de Orizaba, México

 

Instituciones participantes
Este proyecto es producto de la colaboración entre el Centro de Ciencias de la Tierra (Universidad Veracruzana, UV) y el Department of Geological Sciences (The University of Texas at San Antonio, UTSA) con la participación de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, BUAP; y el Centro de Geociencias (CGEO), UNAM Campus Juriquilla.

 Fuente de financiamiento:
Geoscientists Without Borders – Society of Exploration Geophysicists (GWB-SEG; Oficina principal en Tulsa, Oklahoma, EUA)

Liga del proyecto financiado (SEG):
https://seg.org/About-SEG/Geoscientists-Without-Borders/Projects/detail/volcanomexico

Duración:
Septiembre 2018-Agosto 2021

 

Introducción 

Figura 1. Flanco norte del volcán Pico de Orizaba visto desde las 3,900 msnm (Foto tomada por Katrin Sieron en enero de 2020).

Descripción del proyecto

La zona de estudio es el flanco norte del volcán Pico de Orizaba, donde han ocurrido flujos de escombros en el pasado reciente (lahares), como pasó en el año 2012.

Figura 2. Pico de Orizaba visto desde la comunidad Dos Caminos (foto tomada por Katrin Sieron en octubre del 2018).

Durante la noche del 9 de agosto de 2012, la tormenta tropical Ernesto se extendió desde el Golfo de México y hacia el oeste a través de la Sierra Madre en el estado de Veracruz, México, provocando una lluvia anómala de 150 mm en las altas laderas de las montañas (> 4000m) de Pico de Orizaba, un estratovolcán activo de 5,675 m, ubicado en el extremo oriental del Cinturón Volcánico Transmexicano. Este evento de lluvia, aproximadamente 1/5 de la precipitación anual promedio a esta altitud, produjo un canal inclinado abruptamente a partir de 4700 m, que se conecta con la cuenca del río Jamapa más abajo.

Figura 3. Lahar del 2012. Izquierda se ven los efectos arriba de los 4,000 msnm (área de formación) y en medio y a la derecha se observan depósitos proximales del mismo evento (río Jamapa) (Fotos tomadas por Katrin Sieron en 2018 y 2019).

En cuestión de horas, un evento catastrófico de lahar e inundaciones se produjo aguas abajo de la cabecera del río Jamapa, que se origina en el extremo del glaciar Jamapa, que con un alcance de 25 km, que resultó en una notable profundización y ensanchamiento del canal del río y daños significativos en carreteras, puentes y viviendas en comunidades aguas abajo (estimaciones de daños superiores a 150,000,000 de pesos mexicanos, García et al., 2014). Este no fue un evento de inundación ordinario como resultado de la agregación del flujo de la corriente en una cuenca, ya que los flujos excedieron la capacidad del canal. En cambio, la evidencia apunta a un flujo de escombros inducido por la lluvia por el colapso parcial de lo que se cree que es la morrena terminal histórica (Pequeña Edad de Hielo) del glaciar Jamapa. Este evento en particular, y los mecanismos que lo desencadenaron, y la creciente prevalencia de tormentas tropicales que afectan las laderas inestables de este entorno glacial de alta montaña en particular, es una situación peligrosa para las poblaciones e infraestructura aguas abajo.

A diferencia de otros volcanes mexicanos, como Popocatepetl y Colima, Pico de Orizaba no se encuentra en una etapa eruptiva en este momento y, por lo tanto, recibe mucha menos atención. Sin embargo, debido a su historia eruptiva (varios derrumbes de edificios, erupciones de colapso de domos, erupciones plinianas, etc.) y una altura considerable (el pico más alto en México y el tercero más alto en América del Norte), el volcán y su entorno geológico/hidrológico tiene un potencial significativo de amenaza. Algunos de los eventos de lahar más grandes (en términos de volumen y distancia alcanzada) en la historia reciente del planeta (<1 millón de años) se han documentado en las laderas orientales del Pico de Orizaba (p. ej. Carrasco-Núñez, et al. 2006). Este hecho, asociado con el hecho de que aproximadamente 1,000,000 de personas viven a menos de 25 km de la montaña (INEGI, censo 2000), debería ser un llamado a la acción.

Debido a su altura, este volcán es uno de los pocos volcanes cubiertos de hielo que se encuentran en latitudes tropicales. Los volcanes cubiertos de hielo generalmente tienen un potencial de peligro significativo (ver por ejemplo, Capra, 2006). En este caso particular, la pérdida de glaciares, posiblemente debido al calentamiento climático pero también potencialmente al calor relacionado al calor del mismo volcán, se ha observado durante las últimas décadas (Heine, 1988; Palacios y Vázquez-Selem, 1996). Este proceso hace que el agua esté disponible en alturas por encima de la línea de congelación, lo que, además del agua proveniente de eventos hidrológicos extremos (como huracanes) y el material piroclástico, volcánico y de morrena no consolidado en pendientes de hasta 40° puede desencadenar eventos de lahar. Los lahares son mezclas de sedimentos y agua de movimiento rápido inducidas por la gravedad que se forman en los volcanes, que se pueden subdividir en primarios (que ocurren durante una erupción) y secundarios (años o décadas después de una erupción). Esto último ya se ha observado dos veces (Rodríguez, et al., 2006; Morales-Martínez, et al., 2016) en Pico durante la última década y ha significado pérdidas de vidas y propiedades para la población de abajo.

Figura 4. Glaciar Jamapa del Pico de Orizaba (con estructuras de erosión en su base – área recién deglaciada) (foto tomada por Katrin Sieron en abril de 2020).

Alrededor de 2000 personas viven en comunidades vulnerables cerca del canal del río Jamapa en el flanco inferior del volcán (2500 msnm) y casi 10,000 cerca del canal del río Seco, ambas subcuencas de la cuenca del río Jamapa. Mediante el desarrollo de un sistema de alerta de lahar, los habitantes de estas aldeas podrían ser informados de un evento de lahar y llegar a un lugar seguro antes de la llegada de lahar. Como el sistema de monitoreo y advertencia se integrará en el Observatorio Sismológico y Vulcanológico del estado, se puede garantizar la protección permanente de estas personas que habitan en las laderas y valles de las montañas.

Objetivos del Proyecto

1. Evaluar el peligro por lahar secundario

Para evaluar el peligro relacionado, es necesario conocer las condiciones climáticas y del glaciar específicas (fuente de agua) y las condiciones geológicas (fuente de sedimento) prevalentes en el Pico de Orizaba. Por lo tanto, las actividades a realizar son:

a) Instalar estaciones de medición de precipitación permanente en dos o tres lugares en la cuenca alta.

b) Evaluar la estructura del glaciar con métodos geofísicos (sísmicos, geoeléctricos, georadar) para ayudar a determinar el volumen de hielo del glaciar, localizar y mapear el límite entre roca y hielo y los posibles cuerpos de agua subglaciales dentro del glaciar para explicar las salidas de agua de deshielo (actualmente se observa que es subglacial).

c) Evaluar depósitos de morrena terminal y la rampa proglacial, utilizando métodos geofísicos.

d) Describir y analizar las unidades geológicas en la cuenca de Jamapa para calcular el material volcánico «no consolidado» removible por un evento de lahar.

2. Elaborar mapas de peligro

Este segundo objetivo se basa en los resultados obtenidos con el objetivo 1. Las áreas propensas a sufrir formación de lahar o inundación de lahar se identificarán estudiando el área en el campo, mediante Sistemas de Información Geográfica (SIG) y software de modelado de lahar como LAHARZ (Schilling, 1988) y FLO2D (O’Brian, 1993).

a) Elaborar y actualizar mapas de peligro existentes para eventos secundarios de lahar de diferentes magnitudes.

b )Instalar y evaluar un sistema de alerta de lahar

c) Con el conocimiento y el asesoramiento de expertos de UNAM (como la Dra. Lucia Capra) se instalará un sistema de alerta de lahar en un lugar clave en las partes más altas de la cuenca de Jamapa. Esta tecnología se basa tanto en un concepto de alerta anticipada como de alerta de eventos. La alerta anticipada se deriva de indicadores de precipitación en múltiples ubicaciones en la cuenca que potencialmente indican condiciones óptimas para el inicio del lahar. La alerta de evento se deriva de cámaras de video, detectores de vibración del suelo (GVD) y sensores de infrasonidos que indican un evento de lahar activo.

d) Ampliar y compartir el conocimiento.

El proyecto involucrará a estudiantes de pregrado y posgrado de diferentes universidades mexicanas y también del extranjero (EE. UU.). A través de la transferencia de técnicas y conocimientos, el proyecto brindará oportunidades de investigación a estos estudiantes involucrados.

Además, autoridades como la Agencia Estatal de Protección Civil y CENAPRED (Centro Nacional para la Prevención de Desastres) serán informados de los resultados del proyecto y se les proporcionará material (mapas, informes, archivos SIG) relacionados con los productos de investigación. Se informará a las agencias estatales y federales de Protección Civil de los peligros presentes y futuros en el contexto de distintos escenarios.

Se llevará a cabo la educación y la divulgación de la población local en general, utilizando medios en línea, así como folletos, carteles, charlas y presentaciones, etc. La población en general también tendrá acceso al material de investigación y los resultados a través de una página web y el Atlas Nacional de RIESGO, en el que se integrarán los mapas (CENAPRED).

Justificación y relevancia

Los lahares son fenómenos asociados a volcanes, que no solamente ocurren durante o poco después de erupciones volcánicas, sino también independiente de éstas en forma de “lahar secundario”.  Los flancos inferiores del volcán Pico de Orizaba están poblados por decenas de aldeas y ranchos, que en la mayoría de los casos dependen directamente de los recursos naturales (agricultura, silvicultura, turismo, entre otros). Además, estas zonas rurales se caracterizan por la pobreza y la construcción de casas con paredes de madera y pisos de barro. La vulnerabilidad de la población humana con respecto a la ocurrencia de fenómenos naturales como un lahar es generalmente muy alta. Alrededor de 2,000 personas viven en comunidades vulnerables cerca del canal del río Jamapa en el flanco inferior del volcán (2,500 msnm) y casi 10,000 cerca del canal del río Seco, ambas subcuencas de la cuenca del río Jamapa y por ende recibiendo el agua proveniente de la ablación de glaciar Jamapa. Las poblaciones localizadas en áreas muy proximales al volcán, y particularmente aquellas que se desarrollaron en la inmediata cercanía de un río, se verían afectadas incluso durante eventos de pequeña escala.

Mediante el desarrollo de un sistema de alerta de lahar, los habitantes de estas aldeas podrían ser informados oportunamente de un evento de lahar y trasladarse a un lugar seguro antes de la llegada del mismo. Si bien las aldeas vulnerables están ubicadas solo a una distancia de unos 15 km de la cumbre del volcán, un sistema de alerta de peligro operando correctamente, daría tiempo suficiente para advertir a los habitantes que se desplacen a terreno seguro. Considerando que el sistema de monitoreo y alerta se integrará al Observatorio Sismológico y Vulcanológico de Veracruz, se puede implementar una permanencia de esta infraestructura, y así la protección a mediano y largo plazo de estas personas que habitan en las laderas y valles del volcán.

Además del impacto respecto a la seguridad de los integrantes de poblados en la cercanía del volcán por la instalación de un sistema de alerta, el monitoreo de las condiciones climáticas por encima de los 3,500 msnm, tiene un impacto mayor. Se pueden estudiar umbrales de lluvia necesarios para detonar la formación de un lahar y comprender mejor la dinámica en el área de formación de los mismos en las alturas de un volcán. Los productos consecuentes, como mapas de peligro por lahares (diferentes escenarios) se podrán distribuir a instancias como el CENAPRED y Protección Civil, así como al público en general a través de páginas web (como ésta).

A lo largo de la duración del proyecto,  se planea involucrar alumnos de diversas carreras y niveles durante todas sus fases. Los alumnos de diferentes carreras interactuarán y colaborarán en este proyecto multidisciplinar. Aunado al desarrollo de sus  tesis, los estudiantes presentarán su trabajo a la comunidad universitaria a través de charlas estudiantiles, y pueden involucrarse directamente en la divulgación de resultados parciales. Con ello se tendrá un efecto en la formación de los estudiantes involucrados, así como el público en general.

Respecto a la sustentabilidad del proyecto, se puede referir en primera instancia al Observatorio Sismológico y Vulcanológico (www.uv.mx/osv), en el cual se integrará el sistema de monitoreo de lahar. Actualmente, el Observatorio alberga la red de estaciones sismológicas de banda ancha del estado de Veracruz. El Observatorio puede proporcionar soporte técnico (junto con la Facultad de Instrumentación Electrónica) para la estación de monitoreo de lahar y almacenará y analizará los datos adquiridos.

Etapas del desarrollo

Los problemas de trabajar en este entorno de alta montaña no son triviales: acceso limitado, el clima, el transporte, y sobre todo, la altitud excepcionalmente alta (hasta más de 5,200 msnm). El trabajo de campo en tales condiciones requiere una cuidadosa planificación logística del equipo, las personas y el tiempo. Como tal, las actividades de campo requeridas para cumplir con los objetivos del proyecto guiarán la secuencia de todas las demás actividades y eventos en el plan de trabajo. El plan de trabajo de este proyecto, se basará en 4 fases.

La Fase 1 (concluida), involucrará el reconocimiento inicial del área de estudio, que comprende la parte alta de la cuenca Jamapa. Esta cuenca se extiende por una elevación de 2,130 m (pueblo de Atotonilco) a 5,100 m (pie actual del glaciar). Las actividades de la Fase 1 incluirán el mapeo del canal del río desde 4,200 m (base de la rampa proglacial) pendiente abajo hasta Atotonilco (Figura 5). Esto se logrará con una combinación de fotogrametría con drones, imágenes de satélite y estudios a pie. Los datos obtenidos de esta manera, en combinación con las inspecciones visuales del canal, llevan a su vez a selección de sitios potenciales para la instrumentación (sensores sísmicos y estaciones meteorológicas). El otro aspecto del reconocimiento será probar y evaluar soluciones de telemetría para la transmisión de datos al puesto central del Observatorio Sismológico y Vulcanológico de Veracruz.

Figura 5. Reconocimiento del canal del río Jamapa entre la zona de nacimiento y las primeras localidades a través de trabajo de campo y vuelos con dron (estudiantes y profesores de la UV, CGEO, UTSA; fotos tomadas por Katrin Sieron durante en el año 2019).

 Las actividades de la Fase 2 (concluida), incluirán la identificación y selección de estudiantes candidatos a nivel de licenciatura y maestría, planificación de temas de tesis, primeras etapas de divulgación pública con desarrollo de una presencia en la web del proyecto, establecimiento de contactos con líderes comunitarios, socios y agencias de servicio público, y la construcción del Sistema de Información Geográfica (SIG) inicial.

 

 En la Fase 3 (concluida), se realizará la instalación de los sistemas de medición de precipitaciones (como parte del sistema de monitoreo de lahares), la adquisición de datos geofísicos del glaciar y las morrenas, los estudios con drones de la rampa pro-glacial y de partes del canal (Figura 6).
Figura 6. Mapeo con dron, instalación de estaciones meteorológicas y sensores sísmicos, así como prospección geofísica con la participación de estudiantes y profesores de la UV, UTSA, BUAP y CGEO (fotos tomadas entre 2019 y 2020 por Katrin Sieron y Marco Aurelio Morales Martínez).

La fase 4 (en proceso), se extiende hasta el final del proyecto (agosto del 2021 ya con un año de prórroga por la contingencia sanitaria; y en el caso de algunas tareas hasta después del término del proyecto), verá la culminación de las actividades principales del proyecto, que son el análisis de datos y la interpretación de los resultados geofísicos, la parametrización final y la ejecución del modelado para estimar el peligro relacionado con lahares. Además se concluirá la telemetría para tener así un monitoreo a “casi tiempo real”. Se instalará y evaluará del sistema de alerta por lahares (utilizando posibles eventos de flujo que ocurren durante la temporada de lluvias y eventos tropicales). Se actualizarán y difundirán los mapas de peligro y otros resultados a las partes interesadas. Se prepararán manuscritos para su publicación y se concluirán las tesis de los estudiantes (Figura 7).

Figura 7. Tesistas y colaboradores (UTSA, UV, BUAP) en la zona de estudio (Fotos tomadas entre 2019 y 2020 por Katrin Sieron)

Resultados

En elaboración…

 

Productos

Los entregables de este proyecto que beneficiarán directa y concretamente a las comunidades locales, agencias locales, estatales y federales, estudiantes de pregrado y posgrado en universidades mexicanas y estadounidenses, y la comunidad científica en general son:

• Un sistema de alerta temprana para eventos de flujo tipo lahar en la cuenca del río Jamapa. Este sistema tendrá un beneficio inmediato para la comunidad de Atotonilco, Veracruz, la primera comunidad río abajo potencialmente afectada por un evento de lahar que amenaza la vida humana y la propiedad.
• Mapas de peligro por lahares actualizados para el Pico de Orizaba (flanco norte).

Mapas

• Proyectos de investigación de tesis (posgrado y pregrado) y experiencias prácticas de campo geológico, geofísico e hidrometeorológico que benefician a estudiantes de múltiples universidades en México y los EE. UU.
• Información y programas de concientización pública (sitios web, blogs, folletos, volantes, reuniones comunitarias, visitas escolares, etc.). Estas actividades tendrán un beneficio informativo y educativo inmediato para las comunidades locales con respecto a los peligros geológicos y meteorológicos asociados con el Pico de Orizaba.
• Publicación revisada por pares y presentación en conferencias de los resultados del proyecto y los resultados que benefician a la comunidad científica internacional en general.

Publicaciones