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Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem: http://rid.unrn.edu.ar/handle/20.500.12049/11371

Título: Estudio infrasónico de volcanes activos de los Andes del Sur aplicado al monitoreo remoto
Autor(es): Hantusch, Marcia Micaela
Director: Caselli, Alberto Tomás
Fecha de publicación: 14-feb-2024
Citación: Hantusch, Marcia Micaela. (2024). Estudio infrasónico de volcanes activos de los Andes del Sur aplicado al monitoreo remoto. Trabajo Final de posgrado. Universidad Nacional de Río Negro.
Abstract: Volcanic activity produces a wide variety of acoustic signals. Infrasound is sound below 20 Hz, capable of propagating hundreds of kilometers in the atmosphere while preserving information about the source. For this reason, recording these signals is a widely used monitoring tool of surface activity, both local (<20 km) and regional (>100 km). The path of propagation is controlled by the atmospheric structure, mainly by temperature gradients and the horizontal components of the wind. The circulation conditions that prevail over Patagonia enhance the propagation of infrasound of eruptive sources located in the volcanic arc towards the east. For this reason, in this Thesis we deployed two small-aperture infrasound arrays (<300 m) in the Andean region of Neuquén, to test their performance as a monitoring tool for volcanic processes. The first infrasound array installed in Argentina was deployed in Caviahue in 2014, 13 km from the Copahue volcano (CPH, aperture 280 m). Applying the multichannel semblance analysis algorithm, we detected strombolian eruptions of the Villarrica volcano 192 km away (2015 and 2016), the subplinian eruption of the Calbuco volcano 410 km away (2015), and signals associated with the sustained emission of ash in the Copahue volcano (2016). During the summer of 2017 – 2018, the second array (GND 120 m) was installed 3 km away from the Lanín volcano. Using the same algorithm, the continuous tremor emitted by the crateric lava lake of the Villarrica volcano 47 km from the array was detected on several occasions. In addition, we detected 88 events associated with surficial mass movements (∼1 event/day) that occurred on the slopes of the Lanín volcano and on the flanks of the hills that border the Malleo river. Eruptive source parameters were derived from the acoustic analysis of the infrasound signals. Therefore, it was necessary to quantify signal amplitude losses during propagation due to interaction with topography and absorption in the atmosphere. For local propagation, we estimated amplitude losses caused by diffraction around topographic barriers between Copahue and CPH. In the Calbuco – CPH regional case, we used the software InfraGa to model the ray tracing through an atmospheric structure reconstructed with numerical weather models (analysis and re–analysis) and empirical models with the software AVOG2S. From this modeling we could simulate the main waveguides at a regional level. The comparison with the infrasound data showed discrepancies that were interpreted as the result of processes not considered by the method used. These effects could be due to the interaction of the wave with the topography and with small-scale atmospheric structures. The activity of Copahue was characterized by the continuous emission of low – altitude plumes that dispersed large amounts of ash to the southeast, tens of kilometers away. The analysis of the acoustic data suggests a process of rigid fragmentation of low magma overpressure, which is almost completely dissipated during the passage of the eruptive mixture through the ash – filled crater, which would explain the low amplitude that characterizes these signals. The estimated material exit velocity (10 – 20 m/s) is consistent with the emission of low-altitude plumes. On the other hand, the subplinian eruption of the Calbuco volcano generated two plumes over 13 km high above the volcano, with ashes dispersed over northern Patagonia. The analysis of these eruptive tremors, allowed us to estimate the first infrasound derived source parameters, such as the height of the plume (18 – 25 km), the exit velocity of the material (35 – 150 m/s) and the radius of the conduit (25 – 35 m). The heights obtained and the temporal variations of the acoustic parameters are consistent with observations from other studies. This work proves that the application of infrasound arrays in the Andes of Neuquén is useful to monitor and investigate both regional and local volcanic processes, as well as surficial mass movements. The latter is of great relevance in a context of climate change that promotes the destabilization of slopes due to the alteration of the natural cycles of freezing – thawing and precipitations.
Resumen: La actividad volcánica produce una amplia variedad de señales acústicas. El infrasonido es sonido por debajo de 20 Hz, capaz de propagarse en la atmósfera cientos de kilómetros preservando información de la fuente. Por esto, el registro de estas señales es una herramienta de monitoreo de procesos superficiales, tanto locales (<20 km) como regionales (>100 km). El camino que recorren estas ondas está controlado por la estructura atmosférica, principalmente por el gradiente de temperatura y las componentes horizontales del viento. Las condiciones de circulación que imperan sobre la Patagonia, promueven que el infrasonido generado por fuentes eruptivas ubicadas en el arco volcánico se propague hacia el este. Por ello, en esta Tesis desplegamos dos arreglos de sensores de infrasonido de baja apertura (<300 m) en la región andina de Neuquén, para probar su desempeño como herramienta de seguimiento de procesos volcánicos. El primer arreglo de infrasonido instalado en Argentina con este propósito se desplegó en Caviahue en 2014, a 13 km del volcán Copahue (CPH, apertura 280 m). Aplicando el algoritmo de análisis de apariencia multicanal se detectaron erupciones estrombolianas del volcán Villarrica a 192 km de distancia (2015 y 2016), la erupción subpliniana del volcán Calbuco a 410 km (2015), y señales asociadas a la emisión sostenida de ceniza en el volcán Copahue (2016). Durante el verano 2017 – 2018, se instaló el segundo arreglo GND (120 m) a 3 km del volcán Lanín. Utilizando el mismo algoritmo, se detectó en reiteradas oportunidades el tremor continuo que emite el lago de lava cratérico del volcán Villarrica a 47 km del arreglo. Además se registraron 88 eventos asociados a procesos de remoción en masa (∼1 evento/día) ocurridos en las ladera del volcán Lanín y en los flancos de los cerros que costean el río Malleo. A partir del análisis acústico de las señales infrasónicas se derivaron parámetros de la fuente eruptiva. Previo a esto, fue necesario cuantificar las pérdidas de amplitud que experimentó la señal durante la propagación por interacción con la topografía y absorción en la atmósfera. Para abordar esta temática, en el caso de propagación local se estimaron las pérdidas de amplitud por difracción alrededor de barreras topográficas entre Copahue y CPH. En el caso regional Calbuco – CPH, utilizamos el programa InfraGa para modelar el trazado del rayo a través de una estructura atmosférica reconstruida con modelos numéricos del tiempo (análisis y re–análisis) y empíricos, con el programa AVOG2S. A partir de este modelado se observaron los principales conductos de propagación a nivel regional. La comparación con los registros infrasónicos mostraron discrepancias que fueron interpretadas como el resultado de procesos no considerados por el método empleado. Estos efectos podrían deberse a la interacción de la onda con la topografía y con estructuras atmosféricas de pequeña escala. La actividad del volcán Copahue se caracterizó por la emisión continua de plumas de baja altura que dispersaron grandes cantidades de cenizas hacia el sureste, a decenas de kilómetros de distancia. Los parámetros acústicos derivados sugieren un proceso de fragmentación rígida de baja sobrepresión magmática, la cual se disipa casi por completo durante el paso de la mezcla eruptiva a través de las cenizas acumuladas en el cráter, lo que explicaría la baja amplitud que caracteriza estas señales. La velocidad de salida del material estimada (10 – 20 m/s) es consistente con la emisión de plumas de baja altura. Por otro lado, la erupción subpliniana del volcán Calbuco generó dos plumas de mas de 13 km de altura sobre el volcán, cuyas cenizas cubrieron buena parte de la Patagonia Norte. Mediante el análisis acústico de estos tremores eruptivos, se estimaron por primera vez parámetros de la fuente como la altura de la pluma (18 – 25 km), la velocidad de salida del material (35 – 150 m/s) y el radio del conducto (25 – 35 m). Las alturas obtenidas y las variaciones temporales de los parámetros acústicos son consistentes con otros estudios. Este trabajo prueba que la aplicación de arreglos de infrasonido en los Andes de la provincia de Neuquén es útil para monitorear e investigar tanto fenómenos volcánicos regionales y locales, como procesos de remoción en masa. Esto último es de gran relevancia en un contexto de cambio climático que promueve la desestabilización de laderas por la alteración de los ciclos naturales de congelamiento – deshielo y las precipitaciones.
URI: http://rid.unrn.edu.ar/handle/20.500.12049/11371
Aparece en las colecciones: Doctorado Mención Ciencias de la Tierra

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