Un sistema analizador de gases multicomponente (Multi-GAS) es un paquete de instrumentos que se utiliza para tomar medidas de alta resolución en tiempo real de gases volcánicos . [1] Un paquete Multi-GAS incluye un espectrómetro infrarrojo para CO 2 , dos sensores electroquímicos para SO 2 y H 2 S , y sensores de presión-temperatura-humedad, todo en una caja resistente a la intemperie. [2] [3] El sistema puede utilizarse para estudios individuales o configurarse como estaciones permanentes [1] conectadas a transmisores de radio para la transmisión de datos desde ubicaciones remotas. [4]El paquete de instrumentos es portátil y su funcionamiento y análisis de datos son lo suficientemente simples como para que los realicen personas no especializadas. [5]
Se han utilizado instrumentos multi-GAS para medir gases volcánicos en el Monte Etna , Stromboli , Vulcano Italia, Villarrica (volcán) Chile, Volcán Masaya Nicaragua, Monte Yasur , Miyake-jima y Monte Asama Japón, Soufrière Hills Montserrat, con instalaciones permanentes en Etna y Stromboli. [6]
El desarrollo de este instrumento ha ayudado a los científicos a monitorear los cambios en tiempo real en la composición del gas volcánico, lo que permite una mitigación de peligros más rápida y una mejor comprensión de los procesos volcánicos. [7] [1]
Mecánica del sistema
Los sistemas analizadores de gas multicomponente se utilizan para medir los componentes principales de los gases volcánicos. Los sensores de CO 2 , SO 2 , H 2 S y presión-temperatura-humedad generalmente se incluyen en un paquete. [4] También se han incorporado con éxito otros sensores electroquímicos, incluidos los de H 2 [8] y HCl . [9] Los instrumentos están empaquetados en contenedores compactos, portátiles y resistentes a la intemperie que permiten mediciones in situ de varios tipos de terrenos de desgasificación. [2] El gas se bombea al sistema a un caudal constante a través de un tubo de silicona colocado cerca de la ubicación de interés. [2] Se utiliza un registrador de datos para registrar y convertir automáticamente los valores de voltaje de los sensores en valores de composición de gas. [2] [3] Si bien el uso de campo de un multi-GAS es simple, el posprocesamiento de los datos puede ser complejo. [3] Esto se debe a factores como la deriva del instrumento y las condiciones atmosféricas o ambientales. [3] El sistema se puede utilizar para estudios a corto o largo plazo. El uso a corto plazo puede incluir alimentar el multi-GAS con una batería de litio y moverlo a las ubicaciones deseadas [10] [11] o configurar un multi-GAS en una ubicación fija durante un corto período de tiempo. [7] Los estudios a largo plazo implican establecer una cuota permanente por un tiempo prolongado. [12] Estas estaciones se pueden configurar con transmisores de radio [4] o satélites para enviar datos desde ubicaciones distantes. [13]
Monitoreo de volcanes
El monitoreo de los cambios en la composición del gas permite comprender los cambios que ocurren en el sistema volcánico asociado. Las mediciones de múltiples GAS de las relaciones CO 2 / SO 2 en tiempo real pueden permitir la detección de la desgasificación preeruptiva de magmas ascendentes , mejorando la predicción de la actividad volcánica . [1] A medida que el magma se eleva por debajo de la superficie, la solubilidad del CO 2 disminuye y el gas se disuelve fácilmente, lo que lleva a un aumento en la relación CO 2 / SO 2 . Una nueva entrada de magma rico en CO 2 en un sistema previamente desgasificado también haría que la relación CO 2 / SO 2 aumentara, lo que indica cambios en la actividad volcánica. [1] Durante un estudio de dos años en el Monte Etna, los períodos de inactividad tuvieron proporciones CO 2 / SO 2 <1, pero durante el período previo a una erupción se observaron valores tan altos como 25. [1] La entrada magmática o hidrotermal puede ser monitoreada por las variaciones temporales en las proporciones de H 2 S / SO 2 , avanzando en la comprensión del comportamiento eruptivo futuro. [13] Las relaciones CO 2 / H 2 S se utilizan para definir la composición característica del gas del área muestreada. [14] La relación puede ser una herramienta para comprender cómo se pudo haber lavado el gas magmático. [14] Otras relaciones molares y especies de gas medidas por un multi-GAS pueden proporcionar información para un análisis más detallado de las condiciones volcánicas. [3]
Estudios de caso
Se han empleado estaciones multi-GAS en muchos volcanes de todo el mundo [6] y, debido a su diseño simple, pueden ser empleadas por muchos grupos, como científicos, con fines académicos, o agencias gubernamentales como el USGS , que pueden usar datos para razones de seguridad pública. [15] En Europa y Asia, los volcanes como Stromboli [16] y Vulcano , [17] Mount Yasur , [18] Miyake-jima [19] y Mount Asama [20] están bien monitoreados con estaciones. En las Américas , Villarrica , [21] Volcán Masaya , [22] Mount St. Helens , [15] y Soufrière Hills [23] también se observan con instrumentos para cambios en la producción de gas volcánico.
Monte Etna , Italia
El cráter de la cima del Monte Etna colocó una instalación permanente de múltiples GAS para recopilar mediciones en tiempo real de H 2 O, CO 2 y SO 2 durante un período de 2 años. Los datos se utilizaron para correlacionar las proporciones crecientes de CO 2 / SO 2 con el aumento del magma debajo del edificio y las erupciones volcánicas asociadas. [1]
Krýsuvík , Islandia
Se colocó un multi-GAS en el sistema geotérmico Krýsuvík para recolectar datos de series de tiempo en tiempo real de H 2 O, CO 2 , SO 2 y H 2 S. Se compararon las proporciones molares con datos sísmicos locales ; El aumento de los valores de la relación de gas siguió a episodios de aumento de la sismicidad. La actividad de desgasificación aumenta después del movimiento del suelo debido a la apertura de nuevos caminos (por ejemplo, fracturas ) en la corteza para que fluya el gas. [4]
Yellowstone , Estados Unidos
Para ayudar a comprender la dinámica de la caldera, se utilizó un multi-GAS para medir las variaciones temporales de los gases volcánicos en Yellowstone. Las variaciones temporales coincidieron con las fluctuaciones atmosféricas y ambientales. Las proporciones molares cayeron dentro de una tendencia de mezcla binaria. [12]
Nyiragongo , República Democrática del Congo
Las proporciones molares de CO 2 / SO 2 de las mediciones de múltiples GAS confirmaron una observación previa de que un aumento en los niveles de los lagos de lava se correlaciona con un aumento en la proporción de CO 2 / SO 2. [24]
Proyecto de desgasificación de carbono en la tierra profunda (DECADE)
El proyecto DECADE apoyó iniciativas para establecer y expandir el uso de instrumentación permanente para mediciones continuas de CO 2 y SO 2 de volcanes . [25] Se han instalado sistemas multi-GAS en volcanes como Villarrica, Chile [21] y Turrialba , Costa Rica. [13]
Ver también
- Predicción de actividad volcánica
- Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier
- Espectroscopía de absorción óptica diferencial
- Espectroscopia ultravioleta visible
Referencias
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enlaces externos
- Programa de peligros del volcán USGS: métodos de monitoreo de gas y agua