Magnetotelúrica: ¿qué es esta revolucionaria técnica que científicos están usando para predecir erupciones?

“Una vez, estábamos realizando mediciones cerca del cráter, cuando una tormenta nos sorprendió por completo. Nos mojamos, y con el viento helado en la cara, la bajada se volvió una aventura. Imagínate a un grupo de científicos intentando descender con equipos y muestras bajo una lluvia intensa y vientos fuertes. Aunque fue un desafío, resultó ser una anécdota memorable que nos enseñó a siempre estar preparados para las sorpresas del clima en el terreno”, recuerda Ignacio Gómez, estudiante de magíster Universidad de Chile.

Gómez rememora el abrupto descenso del volcán Llaima, donde junto a un grupo de científicos instalaban equipos como parte de una nueva técnica científica que podría modificar los parámetros de la investigación sísmica y volcánica, y de paso, ayudar a millones de personas en el mundo, quienes conviven y en muchos casos sufren, con volcanes y sus peligrosas manifestaciones.

Se trata de un inédito proyecto científico de la Universidad de Chile en el volcán Llaima, considerado el tercer más peligroso de Chile, donde estos científicos están probando una técnica de exploración electromagnética llamada magnetotelúrica, que mide la conductividad del suelo y detecta cuerpos vinculados a la cámara magmática del sistema hidrotermal, con el objetivo de caracterizar los estilos eruptivos del volcán.

Los científicos, liderados por el Dr. Daniel Díaz, académico del Departamento de Geofísica Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la U. de Chile, han instalado estaciones temporales alrededor del cráter, empleando bobinas de inducción y electrodos para obtener información sobre la resistividad eléctrica del subsuelo, una técnica que mide la fuerza con la que un material se opone al flujo de la corriente eléctrica.

Díaz explica que las mediciones que se están realizando son parte de un proyecto colaborativo entre la U. de Chile y el Servicio Nacional de Geología y Minería (Sernageomin), para probar nuevas técnicas de monitoreo volcánico. “En este caso, estamos probando la capacidad de este método (magnetotelúrica) para identificar cambios en la estructura de resistividad eléctrica de estos volcanes, que pueda asociarse a cambios en su actividad sensible por otros instrumentos geofísicos (sismicidad por ejemplo) y cambios en su actividad superficial (fumarolas y otras emanaciones)”, indica Díaz.

Todo esto, “para comprender mejor el funcionamiento de las zonas de acumulación de magma en el entorno de estos volcanes, y mejorar la capacidad de respuesta que podemos tener como país ante los eventos volcánicos del futuro. Decidimos hacer estas mediciones en el volcán Llaima (así como también en el Villarrica), ya que ha mantenido una actividad volcánica muy recurrente durante las últimas décadas”, añade Díaz.

En una expedición hecha completamente a pie por el volcán, las muestras para la investigación fueron tomadas muy cerca del cráter, donde no hay caminos establecidos.

“El volcán Llaima ha mostrado estilos eruptivos tanto efusivos como explosivos en el pasado, y nuestro objetivo es caracterizar estos eventos. Dada la falta de información detallada sobre el volcán, a pesar de su posición en el tercer lugar del ranking de riesgo específico de volcanes en Chile, queremos comprender mejor su estilo eruptivo y la distribución de sus reservorios magmáticos. Esto no solo es crucial para el monitoreo del volcán, sino también para la seguridad de la población que vive en sus alrededores”, establece Gómez.

Según explica Gómez, “actualmente, estamos realizando mediciones en las laderas del volcán, abarcando una distancia de 5-6 km alrededor del cráter. Hemos instalado estaciones en las partes este, norte y oeste con la intención de cubrir un área significativa, siempre que las condiciones de acceso y del terreno lo permitan. Estas estaciones se entierran para evitar posibles errores en la metodología”, revela Gómez.

Con respecto al funcionamiento exacto del método magnetotelúrico, Max Pavez explica que implica la medición tanto del campo eléctrico como del campo magnético terrestre. “Utilizamos bobinas de inducción para amplificar las señales del campo magnético terrestre y registramos las tres componentes correspondientes a las direcciones norte-sur, este-oeste y vertical”.

“Este año iniciamos los trabajos más locales en el volcán Llaima, y la idea es instalar otra estación de medición permanente en el volcán Llaima también durante el 2024. El proyecto finaliza en marzo de 2025, pero la idea es que estos equipos instalados en terreno permanezcan registrando datos muchos años más, lo que nos permitirá obtener resultados más concluyentes sobre las capacidades de este tipo de monitoreo geofísico en el mediano y largo plazo”, señala Díaz.

“Para medir el campo eléctrico, empleamos cuatro electrodos que generan dos dipolos en las direcciones norte-sur y este-oeste, con una distancia de 90 metros entre electrodos. Esto nos permite, mediante relaciones matemáticas-físicas, obtener la resistividad eléctrica del subsuelo a grandes profundidades, identificando así cuerpos más conductivos que podrían asociarse a depósitos de magma o sistemas hidrotermales”, agrega.

Además de Gómez, en la iniciativa trabaja también el Dr. Alberto Ardid, de la Universidad de Canterbury (Nueva Zelanda); el Dr. Max Pavez, KIT, Alemania; Borja Farah, también estudiante de magíster de la U. de Chile y Florencia Valenzuela, estudiante de Geofísica de la U. de Concepción, además de docentes y científicos internacionales, todo con el objetivo de mejorar la comprensión de estos fenómenos naturales para incrementar la seguridad de las comunidades locales.

Ardid ya había publicado en la revista científica Nature una investigación sobre un sistema para rastrear temblores dentro de los volcanes, que podrían proporcionar el aviso de una erupción hasta con cuatro días de anticipación.

La inquietud de los académicos surgió luego de la erupción del volcán Whakaari, ubicado en Nueva Zelanda, en 2019. Se propusieron determinar si los patrones en la frecuencia sísmica podrían ayudar a pronosticar las erupciones. Ardid estudió las grabaciones de sismómetros, antes de 18 erupciones en seis volcanes activos en diferentes zonas del planeta. También recorrió distintos puntos recopilando información, entre ellos, El Tatio en Chile (ver fotografía a continuación).

A través de un algoritmo de aprendizaje automático, el investigador pudo filtrar miles de grabaciones y resaltar patrones de frecuencia particulares que ocurrieron regularmente antes de una erupción. Los hallazgos revelaron que en las tres semanas, y luego en los días previos a una erupción, hubo cambios similares en las frecuencias dentro de algunos de los volcanes.

¿En qué consistió la investigación? “Las erupciones volcánicas pueden ser muy peligrosas. Centenares de personas han muerto en las ultimas décadas debido a éstas, y pesar de que muchos volcanes son monitoreados en tiempo real, históricamente ha sido muy difícil pronosticar erupciones, porque sus ‘precursores’ son difíciles de reconocer. Los precursores son básicamente indicadores de que hay una alta probabilidad de que una erupción ocurra en un futuro próximo”, señalaba Ardid a Qué Pasa en 2022.

Para abordar este problema, revelaba que habían analizado 40 años de datos sísmicos en seis volcanes en Nueva Zelanda y en Alaska. “Haciendo uso de herramientas de inteligencia artificial, descubrimos que todos los volcanes de Nueva Zelanda comparten una patrón común en la señales sísmicas antes de que ocurran las erupciones. Las señales sísmicas registran pequeñas vibraciones del suelo, las cuales son producidas por actividad dentro del volcán”.

Ardid añadía que el patrón encontrado en las señales indica la formación de un sello en la parte superior del cono volcánico, “lo que impide que fluidos y gases en el interior del volcán se liberen pasivamente, lo que a su vez permite que la presión dentro del sistema se acumule hasta niveles peligrosos y explosivos”.

¿Cómo podrían llegar a predecir una erupción volcánica? “Nosotros tratamos de evitar la palabra predecir, y usamos más bien la de pronóstico. Predicción implica un nivel de certeza que no tenemos, por lo que preferimos hablar de pronóstico, que implica incertidumbre en la estimación, la que finalmente se cuantifica como una probabilidad de ocurrencia de un evento en rango de tiempo en el futuro”, señalaba.