Uso de DINSAR y SBAS para monitoreo del volcán Taal

El volcán Taal en las Islas Filipinas manifestó una fuerte erupción a mediados de enero del año 2020. Se analizó la deformación de la zona más extensa de la caldera del volcán usando interferometría diferencias DINSAR días antes y después de la erupción y se llevó a cabo un análisis de la deformación del cono volcánico durante los seis meses antes de su erupción de enero del 2020. El análisis se llevó a cabo usando la técnica “Short Baseline Subset (SBAS)”. Este artículo presenta los resultados obtenidos.  

 

Volcán Taal

El Volcán Tal, se encuentra ubicado a 50 km de la ciudad de Manila, Filipinas. El 12 de enero del año 2020 inició una importante fase eruptiva de tipo explosiva (freatomagmática), acompañada de una importante actividad sísmica característica de complejos de caldera mayores.   

Morfologìa del Volcán

El volcán Taal representa la última fase eruptiva de una caldera compleja, ubicándose al centro de una caldera mayor conformada por el lago Taal, la cual se encuentra dividida en dos o más sectores. Diversos expertos consideran la formación de la caldera como un solo evento, mientras que otros creen que esta caldera compleja es parte de la fusión de dos o más calderas antiguas. De acuerdo con los expertos del Servicio Geológico de los Estados Unidos (Newhall y Dzurisin, 1988), el Volcán Taal es un remanente de uno o varios estratovolcanes antiguos, dentro de su cráter hay otro pequeño lago; el cual ha sido modificado a través de los siglos.

Datos y Métodos

Debido a la complejidad vulcano-tectónica de la zona y la extensa área que cubre, se optó por realizar dos análisis. El primer análisis se llevó a cabo usando la técnica convencional de interferometría diferencial con imágenes de radar (DinSAR por sus siglas en inglés) para estimar la deformación de la caldera y sus alrededores usando dos imágenes de radar antes y después del inicio de la fase eruptiva. Se seleccionaron imágenes del 11 y del 17 de enero del 2020. La Figura 1 muestra el interferograma diferencial obtenido, el cual permitió detectar posibles procesos de crecimiento o expansión de la caldera que rodea al Volcán Taal. Dicha expansión se encuentra representada mediante una serie de aros concéntricos, cada uno de ellos representa 2.5 cm de desplazamiento; es decir, lo equivalente al radio de la longitud de onda de la banda C (λ=5 cm) en la que opera el sensor Sentinel-1. Se detectan zonas geográficas donde la deformación del terreno es mayor (los ciclos de color en forma de aros concéntricos están muy cercanos entre sí) y otras zonas geográficas donde la deformación de la superficie del terreno es menor (cuando la separación entre los ciclos de color es mayor).

                     Figura 1. Interferograma diferencial generado con imágenes Sentinel-1 para el para el periodo 11-01-2020 / 17-01-2020. Triángulos negros: fracturas de suelo superficiales reportadas antes, durante y después de la fase eruptiva. Puntos azules: epicentros sísmicos (Fuente: Philippine Institute of Volcanology and Seismology (PHIVOLCS))

Además se realizó un análisis multitemporal usando la técnica SBAS (Short Baseline Subset, Berardino et al., 2002), abarcando un período de seis meses antes de la erupción. Se utilizaron 18 imágenes Sentinel-1 en órbita ascendente para el área del Volcán Taal ubicado en el centro de la caldera principal para el periodo entre julio del 2019 y enero del 2020 y se utilizó un modelo digital de elevación SRTM (resolución 90 m) para la remoción de la topografía existente. De esta manera fue posible detectar procesos de crecimiento o hundimiento de la geometría del cono volcánico que se puede asociar a fases pre-eurptivas (Holohan et al., 2017).

Resultados derivados del anàlisis SBAS

El análisis SBAS permitió detectar un proceso de deformación negativa o hundimiento máximo hasta de -91 mm en la zona suroeste del segmento externo del cráter, con una orientación noreste-suroeste, representado por tonalidades de pixeles de color anaranjado a rojo. Además, se detectó una zona de deformación positiva en la zona exterior del cráter que corresponde con el ascenso y emplazamiento de un nuevo magma. Esta deformación positiva, del orden de 37mm, se muestra con pixeles de color verde. Además, se identificó otra deformación positiva en el sector noreste al interior del cráter (representado por pixeles con tonalidades verdes y con valores de desplazamiento promedio máximo de 197mm) que concuerda con el emplazamiento de material magmático al interior del cráter (Figuras 2a y 2b).

En términos generales, es importante reconocer que son pocas las áreas de deformación que se pudieron detectar y que guardan una orientación noreste-suroeste. La cobertura vegetal en toda la zona ha sido un factor que ha impedido obtener la coherencia entre todos los pixeles en toda la región. Esto ha limitado la capacidad para identificar otras áreas de subsidencias mediante técnicas InSAR. Las zonas donde no ha sido posible identificar deformaciones se muestran con pixeles de color gris en las figuras 2a y 2b.

Además, como en el caso de otros volcanes, este análisis ha permitido mostrar la fortaleza de la alta periodicidad de revisita de los satélites Sentinel 1 para explorar la posibilidad de que se usen sus imágenes con estas tecnologías DinSAR y SBAS en sistemas de alerta temprana en caso de actividad volcánica.

Figura 2a: Resultado del análisis multi temporal InSAR- SBAS en el cráter del volcán Taal.

 

 

 


Figura 2b. Vista 3d, resultado del análisis multi temporal InSAR- SBAS en el cráter del volcán Taal.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Referencias

Newhall, C. G.  and Dzurisin. D.  (1988). Historical Unrest at Large Calderas of the World. Volumen 1. Boletín No. 1855 del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS). 

Holohan. E; Sudhaus. H;  Walter. T; Schöpfer. M. P;  Walsh. P. (2017). Effects of Host-rock Fracturing on Elastic-deformation Source Models of Volcano Deflation, Scientific Reports, 7: 10970.  DOI:10.1038/s41598-017-10009-6

P. Berardino, G. Fornaro, R. Lanari, and E. Sansosti. (2002). A new algorithmfor surface deformation monitoring based on small baseline differentialSAR interferograms.  IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing,  40, 2375–2383.

Créditos

Esta investigación ha sido realizada en conjunto con UN-SPIDER y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México (CONACYT) y la Universidad Autónoma del Estado de México (UAEMEX).

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