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Los volcanes están compuestos por un complejo entramado de rocas fracturadas, bolsas de líquido y gas tan heterogéneas que imaginarlos es particularmente complicado. La tomografía sísmica aprovecha los terremotos para explorar sus propiedades mecánicas, pero requiere una actividad sísmica importante y la resolución de las imágenes obtenidas es solo del orden de unos pocos kilómetros.
Investigadoras e investigadores del Instituto Langevin (CNRS/ESPCI París - Universidad PSL) y del Instituto de Física del Globo de París (Universidad París Cité/CNRS) han desarrollado un nuevo método de imágenes, denominado matricial pasivo, que penetra en las entrañas del volcán hasta una profundidad de diez kilómetros y resuelve su "plomería" interna con una precisión del orden de varias centenas de metros, utilizando únicamente el ruido sísmico.
Estos resultados fueron obtenidos en el volcán de La Soufrière de Guadalupe. Revelan la forma tortuosa de la chimenea del volcán en su parte superior. Lo más importante es que confirman la existencia de una amplia zona de almacenamiento de magma en profundidad y su estructuración en una red de lentes de magma horizontales conectadas entre sí. Además de confirmar ciertos modelos conceptuales propuestos en la literatura, tales imágenes ofrecen una perspectiva única sobre los volcanes, con potencial para revolucionar el campo de la vulcanología.
Para lograrlo, los científicos, en colaboración con el Observatorio Vulcanológico y Sismológico de Guadalupe (OVSG-IPGP), desplegaron una red esparcida de geófonos, que captan no solo los fuertes movimientos sísmicos de los terremotos, sino también el ruido sísmico inducido por el viento, el océano y la actividad humana.
a) Vista tridimensional del volcán obtenida mediante una migración confocal de la matriz de reflexión. La imagen está completamente distorsionada por las distorsiones de las ondas sísmicas inducidas por las heterogeneidades del volcán.
b) Imagen matricial del volcán obtenida mediante el aprendizaje de leyes de focalización que compensan las heterogeneidades de este. Hasta 5 km, la imagen revela el conducto tortuoso de la Soufrière. Más allá de esa profundidad, se revela una zona de almacenamiento de magma con una disposición compleja de lentes de magma horizontales conectadas entre sí.
© Elsa Giraudat
Este ruido sísmico medido durante dos meses se utilizó para construir una matriz de reflexión, inspirada en trabajos anteriores del mismo equipo sobre la ecografía ultrasónica y la microscopía óptica recientemente publicados en Nature Communications.
Esta matriz se utiliza para compensar de manera precisa las distorsiones que sufren las ondas sísmicas al atravesar las diferentes estructuras geológicas y cámaras de magma del volcán. Estas heterogeneidades ya no son un obstáculo, y se obtiene una imagen de la estructura interna del volcán como si este se hubiera vuelto transparente.
Esta técnica de imágenes matriciales pasivas se puede aplicar a cualquier volcán, siempre que se despliegue en él una red densa de geófonos. Abre así un vasto campo de aplicaciones en la vulcanología, para comprender mejor la estructura interna de los volcanes y los movimientos del magma en profundidad, lo que permite anticipar con mayor eficacia las erupciones volcánicas.
Referencias:
E. Giraudat, A. Burtin, A. Le Ber, M. Fink, J-C. Komorowski & A. Aubry.
Matrix imaging as a tool for high-resolution monitoring of deep volcanic plumbing systems with seismic noise.
Commun Earth Environ 5, 509 (2024). DOI: 10.1038/s43247-024-01659-2.