7/16/2019 Rango de alcance de proyectiles del volcn popocatpetl

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hasta 500 km/hr (Figura 6). Esto implica que las personas puedan sobrevivir la cada deproyectiles pequeos (menos de 3 cm) en refugios especiales, pero no balsticos grandes

ya que pueden afectar incluso construcciones slidas (por ejemplo un balstico de 31 cmde dimetro que cae a una velocidad de 500 km/hr tiene una energa de impacto igual ala del choque de un automvil de una tonelada movindose a 100 km/hr).

Los balsticos representan un peligro a dicional, al poder provocar incendios en regionescercanas al volcn dado que su temperatura es superior al punto de ignicin de la

vegetacin (Figura 7c).

Mapa de Peligros por cada de productos balsticos del volcn Popocatpetl

El peligro volcnico se define como la probabilidad de que un rea determinada seaafectada por procesos o productos volcnicos potencialmente destructivos en un

intervalo dado de tiempo. El Mapa de Peligros por Cada de Productos Balsticos delVolcn Popocatpetl presenta las reas mximas aproximadas que pueden seralcanzadas por los proyectiles balsticos lanzados por el volcn Popocatpetl de acuerdo

a diferentes escenarios explosivos que estn basados en observaciones de la erupcinactual y eventos histricos del volcn.

Para determinar los mximos alcances posibles se elabor un modelo matemtico quedescribe la trayectoria de los productos balsticos considerando la fuerza de la gravedady la fuerza de arrastre del aire. Con dicho modelo se calcula el ngulo de lanzamiento

del proyectil con el que se obtiene su mximo alcance.

M apa de Peli gros por Cada de Pr oductos B alsticos delVol cn Popocatpet l

Miguel Angel Alatorre Ibagengoitia 1, Hugo Delgado Granados 2

e Isaac Abimelec Farraz 2

1 Facultad de Ciencias, U.N.A.M., 2 Instituto de Geofsica U.N.A.M.

El evento ocurrido en el volcn Popocatpetl el 30 de junio de 1997 representa una delas explosiones ms grandes ocurridas durante la erupcin actual. El evento lanzfragmentos de pmez de hasta 10 cm de dimetro en Paso de Corts, partculas del

tamao de la arena enAmecameca y cenizas ms finas en la Ciudad de Mxico.

En noviembre y diciembre de 1998 ocurrieron tambin diferentes eventos explosivos

que produjeron proyectiles balsticos incandescentes que alcanzaron una distanciamxima de 3.7 kmrespecto al crter(Figuras 7a y 7b).

Figura 7. Fotografas del evento explosivo del Volcn Popocatpetl ocurrido el 17 de diciembre de

1998 e n el que fueron arrojados proyectiles balsticos incandescentes hasta una distancia de 3.7 km.

del crter. A) Al inicio de la explosin (18:47:27), B) Al momento en que se observa el impacto de

los productos balsticos sobre la masa de hielo glacial (18:47:44). Ntese que hay una diferencia de

17 se gundos entre las dos imgenes, aunque los primeros impactos ocurrieron 5 s egundos despus

de iniciada la explosin. C) Durante la explosin nocturna del 17 de diciembre de 1998, los

productos balsticos alcanzaron la zona de matorrales del volcn Popocatpetl y quemaron la

vegetacin, produciendo un incendio considerable (18:48:18). Fotografas del archivo videogrfico

del CENAPRED.

Alcance y Efectos de los Productos Balsticos

El alcance de los proyectiles balsticos depende de la magnitud de la explosin que les

dio origen, aunque difcilmente tienen un alcance superior a 10 km. Sin embargo, stosrepresentan un peligro para la vida y las propiedades por la fuerza de impacto con la que

caen y por sus elevadas temperaturas. Las velocidades tpicas de impacto van desde 300

V0 0

h

x

f

Sin fuerza de arrastre (ngulo final ).2Con fuerza de arrastre (ngulo final )f

2

, F > 2

Durante las erupciones volcnicas ocurren diversos fenmenos, entre los cuales seencuentran las explosiones, las cuales arrojan fragmentos de rocas (proyectiles) agrandes velocidades. Estos proyectiles son muy peligrosos para la poblacin, razn por

la que es indispensableque permanezca alejada del volcn, enun lugar protegido.

Para que la poblacin pueda protegerse adecuadamente, es necesario establecer rangos

de seguridad acordes con el alcance esperado de los proyectiles. Este alcance vara conla energa de los eventos, el tamao de los proyectiles, la direccin del viento, etc. Para

ello, se requiere calcular las distancias que alcanzaran los proyectiles bajocircunstancias que pueden ocurrir en la realidad (escenarios explosivos). Las

caracterticas de un rango de explosiones que pueden ocurrir en el volcn conprobabilidad baja, intermedia y alta se reflejan en los escenarios explosivos, los cualesdefinen franjas que se pueden plasmar sobre un mapa. El mapa es una herramienta que

permite reconocer las reas ms seguras al ocurrir explosiones en el volcnPopocatpetl.

Los escenarios mostrados en este Mapa de P eligros por Cada de Productos Balsticoshan sido calibrados mediante observaciones hechas durante los eventos que hanocurrido en eltranscurso de la presente erupcindelPopocatpetl.Las Explosiones Volcnicas

Para que se generen estas explosiones es necesario que existan gases disueltos en el

magma (roca fundida alojada en el interior de los volcanes). El nivel de explosividaddepender de qu tan alto es el contenido de gases disueltos y qu tan denso y viscosoes elmagma.

Las explosiones volcnicas ocurren al c ambiar repentinamente la presin del magma enel interior de los volcanes. Esto obliga a los gases disueltos en el magma a liberarsesbitamente produciendo explosiones, las cuales consisten en un aumento rpido devolumen que, por su energa, rompen el magma, a las rocas que forman las paredes de

los conductos volcnicos, o a las lavas que rellenan y taponan los conductos. Ladireccin y el alcance de los productos de la explosin dependen de su magnitud, la

geometra de lafuente y, sobre todo, de la densidad yforma de estos pr oductos.

Qu son los productos balsticos?

Las explosiones volcnicas producen fragmentos que son expulsados hacia la atmsfera

para luego caer sobre la superficie terrestre siguiendo trayectorias aproximadamenteparablicas. Los fragmentos pueden tener dimetros de hasta algunos metros y se

conocen con el nombre de productos balsticos (Figura 1).

Los fragm en to s d e ro ca

producidos durante las

explosiones, son expulsados atravs del crter del volcn y deacuerdo con su tamao se conocencomo cenizas si tienen un tamao

menor a 2 mm, lapilli si sutamao est entre 2 y 64 mm y

bloques si los fragmentos son mayores a 64 mm. En el caso de que estos materiales

hayan estado en estado lquido o semi-lquido al momento de la explosin, losfragmentos adquieren forma de huso (como bolillos) al solidificarse en el aire y se lesdenominan bombas volcnicas. Los bloques volcnicos son fragmentos de rocasantiguas que forman el crter, las paredes de los conductos o los cuerpos de lava quehansalido con anterioridad yque son lanzados en estado slido desde elcrter.

Durante las explosiones volcnicas los proyectiles balsticos son expulsados del crter

con velocidades que pueden rebasar los 1000 km/hr, lo que les permite recorrer algunoskilmetros de distancia en menos de un minuto. La trayector ia parablica que describenestos productos antes de caer en la superficie de la tierra es modificada por la fuerza de

arrastre del aire, la cual disminuye considerablemente el alcance y provoca que la cadade los balsticos sea ms vertical de la que sera en un movimiento parablico (Figura

2).

Eventos Explosivos en el VolcnPopocatpetl

En el pasado geolgico del volcn Popocatpetl han ocurrido numerosos eventosexplosivos, algunos de ellos de gran magnitud. Al realizar los recorridos de camporelacionados con este trabajo, se identificaron en las inmediaciones del volcn impactos

balsticos que ocurrierondurante algunas de las erupciones pasadas (Figura 3).

F igu ra 3 . E n l osalrededores de los volcanes

ex ist en v est i gi o s d ei mp act os b a l sti cosp rod uci do s d u ra nt e

erupciones antiguas queocurrieron hace cientos omiles de aos. Este registro

g eo l gi co a yu da acomprender muchos de losaspectos relacionados coneste t i po d e p roceso svolcnicos.

Durante el presente periodo de actividad, quecomenz el 21 de diciembre de 1994 y que

continua hasta la fecha, tambin han ocurridovarios eventos explosivos, todos ellos de

pequea a mediana intensidad. Varios de elloshan producido grandes columnas de cenizas que

han sido visibles a decenas de kilmetros dedistancia (Figura 4). Sin embargo, en las

proximidades del volcn es donde se puedenobservar con mayor claridad los efectos de losimpactos balsticos (Figuras 5 y 6).

Figura 4. Explosin ocurrida en el volcn Popocatpetlel 12 de diciembre del ao 2000, vista desde la estacinUniversidad del Metro en el Distrito Federalaproximadamente a 60 km del crter.

Figura 5. Explosin ocurrida el 27

d e a b r il d e 1 9 9 8 e n e l v ol c nPopocatpetl vista desde las

c er c an a s d e T la ma ca s,

aproximadamente a 3.5 km del

crter. Se puede apreciar la cada deceniza (izquierda) e impactos

balsticos sobre la superficie del

glaciar que producen nubes de nievey hielo pulverizado. La columna de

ceniza alcanz 15 kilmetros pocos

minutos despus. Fotografa tomada

p or e l I ng . Enr i qu e G ue va r a

(CENAPRED).

Figura 6. Crter de impacto de unproyectil balstico arrojado a casi 3

k m d el c r te r d el V ol c nPopocatpetl durante un eventoexplosivo ocurrido el 7 de agosto de1998. Se observa un bloque de 95 cmde largo alojado en el interior del

crter que produjo. Fotografatomada por el M. I. Roberto Quaas

Weppen.

Figura 1. Proyectiles balsticosincandescentes arrojados por el Volcn

Popocatpetl el 19 de diciembre del2000. La mayora se precipita dentrodel crter y el resto se impacta contra

las laderas, rodando por la pendientedando la falsa apariencia de flujos delava.

F i gu r a 2 . Tr ay e ct or i a d e u n

proyectil balstico expulsado con

velocidad Vo y ngulo o. La fuerza

de arrastre del aire disminuye

considerablemente el alcance de los

productos balsticos y provoca que

la cada sea ms vertical que en una

trayectoria parablica normal sin

tomar en cuentaestafuerza.

Utilizando las condiciones de mximo alcance obtenidas y considerando un vientofavorable se c alcul la distancia mxima que pueden alcanzar los proyectiles balsticosen tres escenarios explosivos posibles en el volcn Popocatpetl: el de la erupcin

actual (el ms comn), el de una erupcin de magnitud intermedia (subpliniana) y el deuna erupcin de gran magnitud (pliniana), todos documentados con base e n erupciones

pasadas de diferentes magnitudes delPopocatpetlpara obtener resultados realistas.

En cada clculo se consider la topografa del volcn, as como las restricciones que

impone el crter al ngulo de salida. En funcin de lo anterior, el alcance vara segn elsector hacia donde se dirija la explosin, sin embargo, el alcance mximo calculado

para la zona de mayor peligro (escenario de magnitud similar a la erupcin actual) es de

5 km, mientras que el de la zona de peligrosidad intermedia (escenario de erupcinsubpliniana) es de 8 km y el alcance de la zona de peligrosidad baja (escenario de

erupcinpliniana) es de 14 kma partir delcrter.

De esta manera, los tres e scenarios plasmados en el mapa permiten tener una percepcinespacial del rea que puede ser afectada por la cada probable de balsticos. En el casoms probable y por tanto de mayor peligro, el rea de afectacin se seala en color rojo.

En el caso menos probable y por tanto de menor peligro, correspondiente a los eventosexplosivos plinianos, el alcance es mayor y el rea de afectacin se muestra en coloramarillo. En este caso, se incluyen diversas poblaciones dentro de esta rea. La zona de

peligrosidad intermedia se muestra encolor naranja.

El mapa permite, mediante esta distincin de reas de posible alcance, identificar lasreas de afectacin segn los diferentes escenarios, lo cual es til en la planeacin de lasacciones a llevar a cabo en caso de contingencia.

Reconocimientos

Este mapa fue construido con apoyo del Instituto de Geofsica y el acervo videogrficodel Centro Nacional de Prevencin de Desastres de la Secretara de Gobernacin. En eltrabajo de campo participaron Patricia Julio Miranda, Esther Romero Tern, EnriqueAlberto Gonzlez Huesca y Beatrz Oropeza Villalobos del Instituto de Geofsica de laUNAM y Marcus I. Bursik de la Universidad Estatal de Nueva York en Bfalo, EUA.Agradecemos el apoyo de la Direccin General de Asuntos del Personal Acadmico dela UNAM a travs del proyecto IN 102497. Agradecemos al M.I. Roberto QuaasWeppen por proporcionarnos la informacin en video del CENAPRED. El Dr. Jos

Luis Macas del Instituto de Geofsica y el M.I. Roberto Quaas Weppen delCENAPRED revisaron versiones preliminares del mapa.

Bibliografa

Alatorre-Ibargengoitia, M. A., y Delgado-Granados, H., sometido. Determination of hazard zones by balistic-product-fall during volcanic explosions: case study Volcn

Popocatpetl (Mexico). Journal of Volcanology and Geothermal Research.

Blong, R.J., 1984, Volcanic hazards: A Sourcebook on the Effects of Eruptions.Academic Press, Orlando, Florida, pp. 21-26.

Bower, S.M. y Woods, A.W., 1996. On the dispersal of clasts from volcanic cratersduring small explosive eruptions. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 73

pp.19-32.

Fagents, S.A. and Wilson, L., 1993. Explosive volcanic eruptions- VII. The ranges ofpyroclasts ejected in transient volcanic explosions. Geophys. J. Int., 113, p p. 359-370.

Fudali, R.F. and Melson, W.G., 1972. Ejecta velocities, Magma Chamber Pressure andKinetic Energy Associated with the 1968 Eruption of Arenal Volcano. Bulletin ofVolcanology, 35, pp. 383-401.

Waitt, R.B., Mastin, L.G. & Miller, T.P., 1995 Ballistic Showers During Crater PeakEruptions of Mount Spurr Volcano, Summer 1992. U.S.G.S. Bulletin, pp. 89-106.

Wilson, L., 1972. Explosive Volcanic Eruptions II. The Atmospheric Trajectories oPyroclasts. Geophys. Jour. Roy. Astr., 30, pp. 381-392.

Durante el procesamiento de la informacin se encontr que existe un rango ptimo de

tamao de los fragmentos, el cual depende de la magnitud de la explosin y con el cual,los balsticos logran un mayor alcance. Esto es debido a que los fragmentos de

dimensiones mayores y menores a este rango ptimo resienten ms las fuerzasgravitatoria y de arrastre respectivamente, y como consecuencia de ello su alcance esmenor.

18 51N0

-98 30W0-98 33W

0

-98 36W0-98 39W

0-98 42W

0-98 45W0

18 54N0

18 57N0

19 00N0

19 03N0

19 06N0

19 09N0

Altzomoni

Paso de Corts

Tlamacas

SantiagoXalizintla

SanMateo Ozalco

SanLucasA.

SanNicolsdelosRanchos

SanBaltazar A.

SanPedro(BenitoJurez)

Metepec

Agrcola

Tochimilco

Magdalena

Xancuitlalpan

SanMiguel Ayala

SanJ ernimo Coyula

Santa Catalina

S. Catalina Tepanapa

SanMiguel

Santa CruzCuautamatila

SanAndrsHuayapanTeteladel Volcn

SanPedro

Tlalmimilulpan

Ecatzingode Hidalgo

La comunidad

SanPedro Nexapa

Simbologa

N

Altzomoni

Paso de Corts

Tlamacas

SantiagoXalizintla

SanMateo Ozolco

SanLucasA.

SanNicolsdelosRanchos

SanBaltazar A.

SanPedro(BenitoJurez)

Metepec

Agrcola

Tochimilco

Magdalena

Xancuitlalpan

Santa Catalina

S. Catalina Tepanapa

SanMiguel

Santa CruzCuautamatila

SanPedro

Tlalmimilulpan

VolcnPopocatpetl

La comunidad

SanPedro Nexapa

Simbologa

3000

Poblados

3000 Curvas de Nivel

Poblados

N

Zona de peligroPeligrosidad alta. Radio mximo 5 km

Zona de peligroPeligrosidad media.Radio mximo 8 km

Zona de peligroPeligrosidad baja. Radio mximo 14 km

SanJernimo Coyula

SanMiguel Ayala

Teteladel VolcnSanAndrsHuayapan

Ecatzingode Hidalgo

1 2 3 4 5 10 15Km

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