El volcán Popocatépetl es uno de los volcanes que representa mayor riesgo en México, junto con el Chichón, Tacaná y Colima. Esto se debe a su proximidad con ciudades como la Ciudad de México y Puebla, además de la presencia de asentamientos ubicados a menos de 15 km del cráter. En diciembre de 1994, después de un periodo de quietud de aproximadamente 7 años, se reactivó su actividad (De la Cruz y Siebe, 1997), y desde entonces, las labores de monitoreo han sido imprescindibles.
El monitoreo sísmico es una de las herramientas principales para vigilar la actividad volcánica. Para ello se instalan sismómetros, que son instrumentos diseñados para registrar todas las vibraciones del suelo, ya sean generadas por actividad humana o por fenómenos naturales, así como el movimiento de fluidos dentro del volcán.
Estos sismómetros se colocan alrededor del volcán y permiten analizar diversas características de las señales registradas, lo que ayuda a monitorear la evolución de su actividad.
Además, las vibraciones registradas son utilizadas para calcular tomografías sísmicas y estudiar la estructura interna del volcán. Estas imágenes revelan la distribución espacial de materiales con diferentes propiedades físicas, como la velocidad a la que las ondas sísmicas viajan a través de ellos, proporcionando información clave sobre la composición y dinámica del volcán.
En el caso particular del Popocatépetl, se han obtenido algunas imágenes sísmicas de su interior, conocidas científicamente como modelos de velocidades (p.ej. Berger et al., 2011; Kuznetsov y Koulakov, 2014; Cárdenas-Soto et al., 2021). No obstante, estos estudios no han logrado resolver la estructura de velocidades para un área extensa o a grandes profundidades, debido a las limitaciones de las redes de monitoreo utilizadas y a la distribución de los sismos generados por el volcán. Por ello, en este proyecto se planteó estudiar la estructura de velocidades del volcán utilizando una gran cantidad de registros de ruido sísmico ambiental, es decir, todas las vibraciones captadas por las redes de sismómetros.
Los registros de ruido sísmico ambiental se obtuvieron a partir de la construcción de una robusta base de datos. Se recopilaron datos de 39 sismómetros permanentes (CN) y temporales (ZG, BEST y MC), que operaron en diferentes épocas (1999-2000, 2015-2016 y 2019-2020) (Figura 1).
La red temporal MC es la más reciente y corresponde al experimento desarrollado por el Dr. Marco Calò, otros investigadores, técnicos y estudiantes del Instituto de Geofísica de la UNAM. En 2018, los sismómetros que componen esta red comenzaron a registrar y, mediante campañas de recolección de datos y mantenimiento, actualmente se encuentran en operación.
A partir de los registros recopilados se calculó una tomografía sísmica de ruido ambiental y se obtuvo un modelo de velocidades 3D de onda de corte, u onda S –un tipo específico de onda sísmica–, que nos da una imagen del interior del Popocatépetl.
La tomografía de ruido sísmico del volcán Popocatépetl (Figura 3) muestra tres regiones de interés marcadas como zonas de alta velocidad de onda S. Estas están centradas bajo el cráter y delimitan una zona en forma de hongo. La forma de esta zona coincide con lo propuesto por Kuznetsov y Koulakov (2014). Sin embargo, las imágenes resultantes de este proyecto permiten tener una vista completa de este cuerpo, gracias a la base de datos y al método empleado, revelando que abarca una gran parte del edificio volcánico.
La zona de alta velocidad fue dividida e interpretada en tres regiones (R1, R2 y R3, Figura 3). Se sugiere que R1, ubicada entre 0,8 y 5 km por debajo de la cima del volcán, se relaciona principalmente con estructuras volcánicas antiguas y actuales; pues su forma coincide con la topografía. Además, se plantea que en esta región hay conductos interconectados rellenos de magma. En R1, el proceso de pérdida de gases y el aumento de viscosidad del magma reflejan un significativo incremento de velocidad en la región.
La región R3 se encuentra entre 4 y 7 km bajo el nivel del mar (~9 km por debajo de la cima) y se asocia con una zona profunda de acumulación de magma, que se estanca por la presión ejercida por el volumen de roca circundante. Las regiones R1 y R3 están conectadas por R2, un conducto en forma de tubo localizado entre 2 y 4 km debajo del nivel del mar.
Por otra parte, se observaron velocidades bajas en los flancos del volcán, asociadas con material poco consolidado depositado por enormes deslizamientos ocurridos en erupciones previas. Mientras que al nivel del mar (0 km b.n.m.) se identificaron rasgos relacionados con estructuras de los volcanes Tlamacas, Nexpayantla y Ventorrillo, que precedieron al Popocatépetl.
En conclusión, el uso de todas las vibraciones del suelo registradas en las distintas estaciones nos permitió obtener la primera imagen sísmica del Popocatépetl que abarca la totalidad del edificio volcánico (Figura 3).
Las observaciones permiten inferir zonas donde se acumula el magma y fluidos volcánicos, y sugieren la existencia de conductos que permiten el movimiento y ascenso del material. Este modelo de velocidades contribuirá a mejorar la precisión en la localización de los sismos generados por el volcán y a comprender mejor los procesos que los generan. Además, la integración de este modelo y otros trabajos de investigación con las labores de monitoreo ayudará a que las autoridades tomen decisiones más informadas en caso de un incremento importante en la actividad del volcán, mitigando así los riesgos para la población.
Referencias
Berger, P., Got, J. L., González, C. V., & Monteiller, V. (2011). Seismic tomography at Popocatépetl volcano, Mexico. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 200(3–4), 234–244. https://doi. org/10.1016/j.jvolgeores.2010.12.016
Cárdenas-Soto, M., Reyes-Pimentel, T. A., Tago, J., & Natarajan, T. (2021). Ambient noise tomography of the Popocatépetl volcano using the principal Green tensor components. Journal of Seismology, 25(4), 1089–1102. https://doi.org/10.1007/s10950- 021-10021-4
De la Cruz S., Siebe C. (1997). The giant Popocatépetl stirs. Nature, 388, 227.
Esquivel-Mendiola, L. I., Calò, M., Iglesias, A., Tago, J., & Macías, J. L. (2024). Seismic velocity structure of Popocatépetl volcano, Mexico from diffusive fields. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 449(March). https://doi.org/10.1016/j. jvolgeores.2024.108071
Kuznetsov, P. Y., & Koulakov, I. Y. (2014). The three-dimensional structure beneath the Popocatépetl volcano (Mexico) based on local earthquake seismic tomography. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 276, 10–21. https://doi. org/10.1016/j.jvolgeores.2014.02.017
Nicolson, H., Curtis, A., Baptie, B., & Galetti, E. (2012). Seismic interferometry and ambient noise tomography in the British Isles. Proceedings of the Geologists’ Association, 123(1), 74–86. https://doi. org/10.1016/j.pgeola.2011.04.002