Investigaciones geodésicas y geofísicas en la isla Decepción

Cráteres de la erupción de 1970

Base británica destruida

Logotipo del proyecto OBGECON

Los Fuelles de Neptuno

Mapa de la red geodésica y de la red de nivelación

Construcción del vértice gravimétrico

Base chilena destruida

Mantenimiento de estación GPS en Bahía Balleneros

Mantenimiento de estación GPS en Bahía Fumarolas

La ventana del chileno

Mantenimiento de magnetómetro de protones

La isla Decepción es una de las islas que forman el archipiélago de las islas Shetland del Sur estando situada en el Mar de Bransfield; y es uno de los pocos volcanes activos de la Antártida. Este volcanismo se debe a la existencia de un rift en expansión en el Mar de Bransfield consecuencia de la compleja dinámica de placas y microplacas que existe, pues confluyen las placas antárticas del Pacífico y del Atlántico, la placa de Scotia y la antigua placa de Phoenix. Esta situación genera una alineación de 10 volcanes submarinos y 3 emergidos: Decepción, Penguin y Bridgeman.

La isla Decepción tiene forma anular de unos 15 kms. de diámetro, con una bahía interior, Puerto Foster que está unida con el Mar de Bransfield por una estrecha abertura en su lado suroeste, los Fuelles de Neptuno. Esta particular forma ha hecho que Decepción sea una de las islas más visitadas ya desde las primeras llegadas del hombre en la Antártida pues el puerto natural que constituye ha sido el abrigo al que recurrir en las duras tempestades antárticas. La llegada y el establecimiento de los buques balleneros en la isla han permitido que desde primeros del siglo XIX se tenga constancia con una cierta fiabilidad de las erupciones ocurridas en la isla. Las últimas erupciones han ocurrido en 1842, 1967, 1969 y 1970. En el periodo 1967-1970, la intensa actividad eruptiva provocó la destrucción de las bases científicas de Chile y Reino Unido, cambió la morfología de la isla generándose un islote que más tarde se anexionó a la isla y emitiéndose una gran cantidad de cenizas que se depositaron hasta isla vecinas. Estas erupciones obligaron al abandono de total de las actividades científicas que desde el Año Geofísico Internacional (1957) venían desarrollándose.

Desde las primeras campañas antárticas españolas, una parte importante de geodesias y geofísicos, centraron su actividad en la isla Decepción y reanudaron las abandonadas investigaciones sobre la situación de actividad volcánica de la isla. Investigadores pertenecientes al Real Instituto y Observatorio de la Armada (ROA) y al Departamento de Volcanología del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN) desplegaron por la isla una red sísmica para controlar dicha actividad. Esta red sísmica actualmente es responsabilidad del Instituto Andaluz de Geofísica (IAG). Paralelamente, el ROA y posteriormente la Universidad de Cádiz, establece una red geodésica que mediante observaciones de satélites GPS permite modelizar la deformación existente en la isla además de constituir el marco de referencia básico para la cartografía y la topografía de la isla; así como para la datación geográfica de cualquier clase de dato científico. Destacar que la Universidad de Cádiz comienza sus participaciones en la campaña 1995-1996, concretamente el Departamento de Matemáticas de la Facultad de Ciencias.

Además de estos aspectos científicos, existen razones de seguridad que inciden en el mantenimiento del seguimiento volcánico, ya que cada verano austral España desplaza un equipo de 20 personas entre científicos y logísticos y el Instituto Antártico Argentino abre su base que puede llegar a albergar a 40 personas. El conocimiento del estado volcánico de la isla Decepción es absolutamente necesario dado su carácter insular y aislado. Este panorama se complica considerablemente si tenemos en cuenta que la isla Decepción es parada habitual de recorridos turísticos por las islas Shetland del Sur dado el notable atractivo que dentro del medio ambiente antártico posee.

En la actualidad, las manifestaciones superficiales más significativas de la actividad de Decepción se concretan en la existencia de áreas fumarólicas con emisiones a 100ºC de temperatura en la Bahía Fumarolas y 70ºC de temperatura en la Bahía Balleneros; presencia de suelos calientes en Cerro Caliente con 100ºC y aguas termales en Caleta Péndulo y Bahía Balleneros a 40ºC y 65ºC, respectivamente. Además existen numerosas áreas donde se ha detectado actividad sísmica notable. La sismicidad registrada en las campañas tiene dos orígenes bien diferenciados: actividad de origen tectónico por la expansión del rift del Bransfield con terremotos de magnitud superior a 6 en la escala de Richter y el proceso de subducción al norte de las islas Shetland del Sur que genera terremotos profundos entre las islas Livingston y Decepción. El número de terremotos tectónicos no suele superar la docena por campaña. El segundo de los orígenes es el volcánico, la actividad de la isla viene generando una media de 1000 eventos registrados por campaña. La mayor parte de estos eventos son superficiales, de bajo contenido energético y sus magnitudes mayores están entre 1 y 2.

La media de registros sísmicos antes mencionados ha tenido un incremento notable en dos de las campañas hasta ahora realizadas. En la campaña antártica 1991-92 se registró un incremento de la actividad sísmica desde el 31 de diciembre hasta el 25 de enero con un total de 900 registros en ese período y 4 terremotos sentidos. La situación se interpretó como un proceso de reactivación originado por una pequeña intrusión a no más de 2 km de profundidad en la zona de Bahía Fumarolas.

En la campaña 1998-99, tras un primer período de sin actividad notable comienza registrarse el 3 de enero un episodio de actividad sísmo-volcánica significativa con la ocurrencia de varios tipos de señales, dos terremotos sentidos de magnitudes 3,3 y 4,3. La actividad sismo-volcánica detectada revela un incremento del número de eventos registrados con respecto a anteriores campañas, el área de actividad se localiza entre Bahía Fumarolas y Bahía Teléfono, la profundidad focal de los eventos está en torno a 1 km., la actividad sísmica incluye terremotos volcano-tectónicos, eventos de largo período y temblores volcánicos, y, por último, la energía liberada es notablemente más alta que la calculada en campañas anteriores. De estos hechos concluye que este aumento de actividad se debe a una intrusión de magma que ha sido causa de los terremotos volcano-tectónicos y la ocurrencia de los eventos de largo período y los temblores son resultados de la interacción de los acuiferos superficiales de la isla con la inyección de material a alta temperatura. La campaña finalizó sin que el proceso hubiera concluido totalmente.

Esta situación incierta hizo que se organizara una campaña internacional rápida formada por investigadores de los centros más implicados en el estudio de la isla Decepción para planificar y llevar a cabo una campaña de intervención rápida, previa a las actividades científicas y logísticas programadas para la campaña 1999-2000 en la isla Decepción, que permitiera evaluar el estado real de la isla y establecer desde el punto de vista volcanológico el índice de peligrosidad.

Esta campaña, denominada DECVOL, se desarrolló de forma multidisciplinar y se basó en técnicas geofísicas y geodésicas, que se centraron principalmente en las siguientes actuaciones: reobservación de la red geodésica "Isla Decepción" mediante observaciones de satélites GPS; registro de la sismicidad existente mediante el despliegue de estaciones sísmicas de corto período y de banda ancha; muestreo y análisis de gases fumarólicos; y adquisición de datos geomagnéticos, gravimétricos y batimétricos mediante el barrido sistemático de las aguas interiores y circundantes a la isla.

Para llevar a cabo estas actuaciones participaron las siguientes institutciones: Departamento de Volcanología del Museo Nacional de Ciencias Naturales, Real Instituto y Observatorio de la Armada, Instituto Hidrográfico de la Marina, Instituto Andaluz de Geofísica de la Universidad de Granada; Departamento de Geodinámica de la Facultad de Geológicas de la Universidad Complutense; Observatorio Vesubiano; Centro Nacional de Prevención de Desastres de Méjico; y el Departamento de Matemáticas de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Cádiz.

El resultado más importante de dicha campaña es que se había producido una reactivación de la actividad volcánica de la isla, manifestada por el incremento de la actividad sísmica, el aumento de la deformación, el cambio de contenido y composición de los gases y la existencia de anomalías gravimétricas y geomagnéticas. Además, los valores de estos parámetros se interpretaron como una intrusión de magma joven entre 500 y 1000 metros de profundidad que ha alteró el equilibrio geotérmico y geodinámico de la isla. El área más afectada y donde se está localizando la reactivación es Bahía Fumarolas- Bahia 1º de Mayo que es donde está emplazada la Base Argentina, a menos de 2 kilometros de la Base Española Gabriel de Castilla. Consecuentemente, los investigadores participantes en la campaña DECVOL y a la vista de los resultados obtenidos se recomendó la continuación del seguimiento de la actividad geodinámica de la Isla Decepción, completando los estudios realizados con la ampliación de los perfiles geofísicos marinos, tanto en el interior como en el exterior de la isla con la intención de detectar posibles cambios en la estructura del volcán, densificación de la red geodésica existente con el fin obtener modelos de deformación superficial más compensados y precisos, y desarrollar y aplicar nuevos métodos matemáticos de tratamiento de datos. Asímismo, se detectó la necesidad de recopilar todos los datos geodésicos y geofísicos que se han ido obteniendo desde el comienzo de la participación de España en la Antártida.

En base a estas conclusiones, se planifica el proyecto GEODEC, cuyo objetivo principal consiste en el estudio integrado de la actividad geodinámica local que se presenta en la isla Decepción como consecuencia de la actividad volcánica que en ella se produce enmarcada en la geodinámica regional existente. Para conseguir este objetivo, se establecieron unos objetivos parciales que encuadrados en distintos campos científicos, Geofísica, Geodesia, Matemática Aplicada, Cartografía Descriptiva, etc. completan el estudio integrado de la isla Decepción. Los objetivos parciales podemos sintetizarlos en el establecimiento de los modelos de deformación horizontal y vertical; la determinación de un geoide local; la elaboración de mapas de anomalías geomagnéticas y gravimétricas; el establecimiento de un modelo de estructura de la corteza y parte superior del manto; la modelización de la deformación superficial en áreas volcánicas; la modelización numérica del comportamiento de las calderas; la elaboración de modelos estadísticos para el cálculo del período de retorno; la elaboración de los mapas de riesgo y peligrosidad y el desarrollo de un Sistema de Información Multidisciplinar de Apoyo Científico (SIMAC) para la Isla Decepción y su entorno.

Para conseguir estos objetivos parciales se se plantearon tres subproyectos. El primero de ellos denominado “Estudios geodésicos en la Isla Decepción: modelos de deformación, determinación del geoide y Sistema de Información Multidisciplinar de Apoyo Científico" correspondía a investigadores de la Universidad de Cádiz y entre las tareas principales que llevó a cabo eran la reobservación mediante observaciones simultáneas de los satélites GPS de los vértices que conforman la red geodésica "Isla Decepción" y del vértice BEJC, Base Española Juan Carlos I, situada en la Isla Livignston; la densificación de la red geodésica "Isla Decepción" mediante el establecimiento de nuevos vértices con el fin de optimizar el diseño y la compensación de la red; el análisis de los datos y establecimiento de los modelos de deformación horizontal y vertical; el establecimiento de una red de nivelación de alta precisión para el control preciso de la deformación en las fracturas más activas de la isla; la obtención de perfiles gravimétricos con el objeto de realizar un modelo de geoide y la elaboración de un Sistema de Información Multidisciplinar de Apoyo Científico (SIMAC) que integra los datos geodésicos, geofísicos y geológicos existentes.

El segundo de los subproyectos "Modelización de los procesos geológicos activos del volcán Decepción y su entorno a partir de datos geofísicos y geodésicos" lo llevó a cabo la Universidad Politécnica de Madrid y el Departamento de Volcanología del Museo Nacional de Ciencias Naturales; recopilando los datos geodésicos, geofísicos y geológicos obtenidos desde el comienzo de las campañas antárticas españolas; estableciendo diferentes modelos de deformación superficial para zonas volcánicas, modelos numéricos del comportamiento de calderas y modelos estadísiticos para el cálculo del período de retorno tomando como datos los recopilados en la acción anterior; actualizando los modelos anteriores considerando los datos obtenidos y elaborando los mapas de riesgo y peligrosidad a partir de un modelo digital del terreno de precisión.

Por último, el subproyecto "Estructura del complejo volcánico de Decepción y su entorno a partir de técnicas de geofísica marina" correspondía su realización al Real Instituto y Observatorio de la Armada encargándose de la realización de perfiles sísmicos de reflexión externos e internos a la isla Decepción empleando como fuente de energía el cañón de aire del BIO "Hespérides"; haciendo el barrido de una malla interior con adquisición de datos geomagnéticos, gravimétricos y batimétricos; generando mapas de anomalías geomagnéticas y gravimétricas a partir de los datos existentes y de los que se recopilaron en este proyecto; generando un modelo de estructura de la corteza y parte superior del manto a partir de los datos de perfiles sísmicos, gravimétricos y geomagnéticos y realizando una evaluación de anisotropías corticales en la velocidad de propagación de ondas sísmicas.

Como conclusiones más importantes correspondientes a las investigaciones geodésicas y cartográficas realizadas y que han sido responsabilidad de investigadores del Laboratorio de Astronomía y Geodesia del Departamento de Matemáticas de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Cádiz destacamos el establecimiento de una red geodésica de precisión, la determinanción de los modelos de deformación horizontal, el diseño y establecimiento de una red de nivelación para la vigilancia y el control de la deformación vertical, la determinación de un geoide local y el desarrollo de un Sistema de Información Multidisciplinar de Apoyo Científico (SIMAC).

Esta campaña, 2003-2004, se ha desarrollado el proyecto OBGECON: “Observaciones Geodésicas y Geofísicas en las islas Decepción y Livingston y en el Continente Antártico”. Este proyecto responde a la necesidad científica de referenciar a un marco más general, como es el formado por el Archipiélago de las Shetland del Sur, el Mar de Bransfield y la Península Antártica, los resultados y conclusiones que sobre la actividad geodinámica de la isla Decepción y su entorno se han venido obteniendo desde las primeras campañas antárticas españolas; esto supone un estudio más amplio y más general tratándose de discernir, además, entre la actividad volcánica y la actividad tectónica que en dicha isla se produce. Siendo necesario, pues, ampliar el marco geográfico pasando de un marco local a otro regional que permita alejarnos del centro de la actividad geodinámica objeto de estudio; de manera que pueda referenciarse a un sistema independiente de la misma.

Para ello se ha realizado las siguientes actuaciones: observaciones de satélites GPS en la isla Decepción que han permitido ampliar las series temporales encaminadas al establecimiento de modelos más precisos de deformación horizontal; observaciones de satélites GPS en la Base Antártica Juan Carlos I que, conjuntamente con los datos procedentes de la estación IGS situada en la Base Antártica O’Higgins, nos permitan establecer la deformación horizontal absoluta en la isla Decepción; realización de medidas sísmicas en la Base Juan Carlos I; realización de observaciones geodésicas y geofísicas en la Península Antártica, concretamente en las inmediaciones de Caleta Cierva. Estas observaciones se articularán en base a observaciones de satélites GPS, medidas magnéticas continuas y observaciones sísmicas. En este proyecto han participado las siguientes instituciones: Universidad de Cádiz, Real Instituto y Observatorio de la Armada, Instituto Andaluz de Geofísica, Observatorio del Ebro, Departamento de Volcanología (CSIC) y Universidad Politécnica de Valencia.

Un aspecto singular de este proyecto ha sido la instalación de un Campamento Temporal en el Continente Antártico constituyendo la primera campaña científica española en el Continente Antártico. La logística de este campamento ha correspondido al Ejército de Tierra, y ha está instalado y operativo durante el mes de diciembre: En él han participado 5 logísticos y 5 científicos, estos últimos pertenecientes al proyecto OBGECON. Con la realización de este proyecto se ha iniciado una nueva concepción de la investigación en la Antártida abriendo nuevos horizontes y un futuro esperanzador para nuevos proyectos e inquietudes.


Campaña Antártica 2003-2004

Proyecto OBGECON

La Antártida y la investigación científica

Algunas reflexiones