Un volcán en erupción nos muestra la mutabilidad de la Tierra, fuimos testigos de ello con los recientes eventos de Cumbre Vieja de La Palma y Hunga-Tonga-Hunga-Ha’apai. De ambos tenemos documentos visuales, algunos capturados en ausencia de seres humanos: provienen de satélites; de hecho, cientos de estas imágenes y otras más en la Tierra se usaron para dimensionar la fuerza de la naturaleza, pero su utilidad va más allá de ilustrar una catástrofe potencial. En manos de quienes estudian vulcanología se convierten en herramientas para desentrañar el porvenir de estas monumentales grietas terrestres.
Into the Inferno, documental de Werner Herzog, narra una trama sobre espiritualidades originadas en las faldas de estos montes con fuego. La película se impregna de la terrible belleza de los colosos y describe a los cráteres como elementos místicos, inciertos, próximos a personificar la destrucción. El magma se muestra como materia viva: se vuelve imposible reducir el proceso de estas rocas fundidas a un mero conteo de grados centígrados cuando misterios científicos y no científicos emergen. A lo largo de la película escuchamos a un vulcanólogo que acopia leyendas sobre el fuego embravecido, al tiempo que informa cómo sus colegas monitorean la actividad volcánica. Es Clive Oppenheimer, profesor del Departamento de Geografía de la Universidad de Cambridge, quien cuenta la relevancia de emplear sensores sísmicos cerca de las cimas para identificar si el magma se está moviendo, de medir distancias de forma electrónica para ver si el volcán está hinchado —que es cuando el magma asciende al cono— y del monitoreo de gases, como el dióxido de azufre, un parámetro clave al evaluar el peligro de una erupción.
Las mejoras en el uso de datos, así como en su calidad —en términos de precisión y cantidad— llevan al reconocimiento de comportamiento y mitigación de riesgos. En la vigilancia de volcanes es elemental la observación durante largos periodos de tiempo para entender qué factores se relacionan con el comportamiento de un volcán —incluidas las erupciones. Tal inspección es de particular relevancia para gestionar los peligros de ceniza, gases, lava y piedras volcánicas. En 2021 esto fue notorio para el volcán de La Palma, cuando tomó 85 días para que se detuviera su erupción, tiempo en el que la situación debió actualizarse de forma constante.
Sébastien Valade, vulcanólogo del Instituto de Geofísica de la UNAM, cuenta que las estaciones sísmicas sobre los volcanes aportan los datos más utilizados en el monitoreo y agrega que “se usan sensores en la Tierra para medir la deformación del suelo; también hay otros parámetros menos utilizados, como sensores infrasonidos que escuchan el volcán en frecuencias más bajas que las frecuencias acústicas, algo extremadamente útil para medir la actividad del cráter en volcanes con actividad explosiva o de conducto abierto, como el Popocatépetl”.
Aunque ciertamente hay muchos parámetros que permiten entender a los volcanes y cada uno aporta diferentes aspectos, la estrategia que ha dado mejores resultados en términos de prevenir catástrofes sociales es combinar conjuntos de datos. Este planteamiento llevó a Sébastien Valade a crear MOUNTS, una plataforma que procesa de manera automatizada los datos de satélites y expone estas informaciones en una página web de acceso libre. MOUNTS se planteó como un apoyo para la evaluación del riesgo volcánico en 2017, desde la Universidad Técnica de Berlín, donde antes trabajaba Valade. Luego, el proyecto se mudó junto con el investigador a México, al Instituto de Geofísica en la UNAM.
Usar datos satelitales surge de un contexto particular: la mayoría de los 1500 volcanes activos no son monitoreados, ya sea porque cuentan con un monitoreo terrestre limitado a consecuencia de entornos remotos o porque tienen pocos recursos. Por otra parte, los datos satelitales son de acceso gratuito y se emplean desde la década de los 80 de forma individual en algunos países. MOUNTS usa datos de tres vigilantes que orbitan la Tierra: se trata de los satélites de la misión Copernicus de la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés): Sentinel-1, Sentinel-2 y Sentinel-5P. Algunos sensores en cada satélite aportan particularidades con las cuales los vulcanólogos pueden extraer información de señales precursoras.
El monitoreo de volcanes se basa en la premisa de que muy a menudo las erupciones están precedidas por señales; por ejemplo, antes de la mayoría de las erupciones se incrementa la actividad sísmica y todas las erupciones van acompañadas de una vibración de suelo (tremor), de ahí que se usen sismómetros. Además, en los eventos eruptivos hay una alta probabilidad de formación de protuberancias o grietas, por lo que se analiza la deformación del suelo. También están las inyecciones de nuevo magma que causan cambios de gravedad por la masa agregada y la roca caliente, que en cierto punto modifica la magnetización; finalmente, se suman el aumento de calor o cambios en la desgasificación antes de las erupciones.
Asociar mediciones a una actividad resulta en alertas sobre el desarrollo de una erupción. Esto se vio en Italia con el volcán Etna —Valade lo describe como un volcán de conducto abierto— que, antes de la erupción de 2018, “mostró un incremento de anomalías térmicas. Uno de los satélites que integra MOUNTS puede contar estos píxeles; su crecimiento significó que salía la columna magnética, que es un precursor de la actividad efusiva”. El satélite para medir anomalías térmicas es Sentinel-2 que tiene un sensor multiespectral, es decir, con capacidad de ver más allá de lo que permite la luz visible. En este rango hay ondas infrarrojas que detectan la emisión térmica de cuerpos calientes, como la descarga de lava, y brinda información sobre el estado de la vegetación. Con MOUNTS es posible analizar la cantidad de píxeles calientes en cada imagen y crear una memoria de estos datos.
También integran datos de Sentinel-1, que tiene un Radar de Apertura Sintética que emite una onda electromagnética que pega en la superficie terrestre y —dependiendo de la pendiente, la rugosidad o el material del suelo— rebota con información de la topografía y las deformidades del suelo causadas por hundimiento de calderas, enfriamiento o presurización de depósitos. De esta manera, MOUNTS informa cambios en la superficie, como aquellos que representan el colapso de cráteres.
A ello se suman las mediciones del Sentinel-5P que, con un sensor en el rango ultravioleta, muestra el comportamiento del gas volcánico y nubes de ceniza, en particular del dióxido de azufre (SO2). Este gas es de gran abundancia en los volcanes y sus cifras contrastan con el SO2 de la atmósfera, lo hace que sea fácil medirlo. Las cantidades de SO2 exponen el comportamiento del magma. Con MOUNTS acopian imágenes del Sentinel-5P y calculan la masa de gas alrededor de un volcán para mostrar la dinámica de este gas en un lapso de tiempo. Cabe destacar que, para detectar cambios en un volcán, se necesita reconocer más allá de su comportamiento durante las erupciones. Por ejemplo, un volcán que normalmente emite mucho SO2 puede avisar sobre una erupción próxima si por lapsos emite menos gas, lo que corresponde a un proceso de presurización.
Además de los valiosos aportes de estos satélites originalmente lanzados para obtener información sobre el cambio climático, MOUNTS acopia en su plataforma la actividad de terremotos que reportan servicios geológicos globales como GEOFON (GEOFOrschungsNetz, en alemán) y USGS (Servicio Geológico de Estados Unidos).
En resumen, MOUNTS tiene la posibilidad de hacer un monitoreo global porque reúne información de satélites que orbitan la Tierra, descarga estos datos y los procesa para encontrar señales precursoras. Además, asigna prioridades para el monitoreo de cada volcán: mientras más elevada es la prioridad, más datos proporciona, e incluso envía correos automáticos de alerta a quienes así lo soliciten cuando los indicadores superan cierto umbral.
Toda esta vigilancia es apoyada por inteligencia artificial, en particular por las conocidas redes neuronales con capacidad de cifrar patrones complejos en enormes conjuntos de datos; algo muy útil al definir si los datos capturados por satélites significan peligros volcánicos. Sébastien Valade explica que las imágenes generadas por MOUNTS tienen ruido originado por la atmósfera, la ionosfera o la vegetación, elementos que dificultan detectar una verdadera deformación. “Cuando estas imágenes, denominadas interferogramas, tienen una variación de colores, como un arcoíris, significa un movimiento de suelo, que puede ser generado por agentes de ruido, ahí se usa la inteligencia artificial para filtrar lo que no es deformación”. Para lograrlo, deben entrenar a la red neuronal con muchos datos, por ello crearon diversas imágenes que correspondían a deformaciones, “en lugar de utilizar imágenes reales hemos construido señales sintéticas, o sea, deformaciones virtuales a las que añadimos señales de ruido, con ello sabemos cuál parte de señal es deformación y cuál es ruido”. Si le muestra a la red cómo se ve cada una de estas variaciones, ésta termina por identificarlas. El uso de inteligencia artificial resulta tan eficiente que vulcanólogos como Sébastien Valade buscan implementarla en otros rubros, como en los sistemas de alerta o el tratamiento de imágenes.
Cuando inició MOUNTS, en 2019, monitoreaba 17 volcanes en distintas partes del mundo. Hoy son 68. Esta cantidad permite entender señales precursoras individuales y plantear parentescos entre volcanes. Pero tener más datos tiene sus propios retos; por ejemplo, convertirlos en conocimiento, identificar qué variables son las más relevantes para entender erupciones e incluso definir cuántos y cuáles datos espaciales y temporales son la base mínima para el largo camino a la predicción de erupciones. La intención de integrar información y lograr comprenderla es pulir la predicción de erupciones, una meta muy ambiciosa que requiere tiempo. Incluso Sébastien Valade señala que, aunque trabajos como MOUNTS apuntan a esta idea final, ésta “no es para mañana”.
Los pueblos primitivos imaginaron volcanes habitados por deidades o demonios enfurecidos, de modo que las erupciones correspondían a malestares que las personas intentaban adivinar y subsanar. Un siglo antes de que los restos de una erupción fueran científicamente descritos, Jacob Philipp Hackert pintó la erupción del Vesubio en 1774 e incluyó en la escena a pobladores que observaban el camino del magma desde las faldas del volcán. Hoy esta vigilancia se hace desde el espacio, ya no esperando la furia de los demonios, pero sí buscando que algo emerja de los volcanes: señales que nos permitan alertar sus futuros.
Geraldine Castro
Periodista de ciencia y cultura, integrante de la Red Mexicana de Periodistas de Ciencia (RedMPC)