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Sistema analizador de gases multicomponente

Un sistema analizador de gases multicomponente es a menudo uno de los muchos instrumentos utilizados para medir gases y monitorear la actividad volcánica.

Un sistema analizador de gases multicomponente (Multi-GAS) es un paquete de instrumentos que se utiliza para tomar mediciones de alta resolución en tiempo real de gases volcánicos . [1] Un paquete Multi-GAS incluye un espectrómetro infrarrojo para CO 2 , dos sensores electroquímicos para SO 2 y H 2 S , y sensores de presión-temperatura-humedad, todo en una caja resistente a la intemperie. [2] [3] El sistema se puede utilizar para estudios individuales o configurar como estaciones permanentes [1] conectadas a transmisores de radio para la transmisión de datos desde ubicaciones remotas. [4] El paquete de instrumentos es portátil, y su operación y análisis de datos son lo suficientemente simples para ser realizados por no especialistas. [5]

Se han utilizado instrumentos Multi-GAS para medir gases volcánicos en el Monte Etna , Stromboli , Vulcano (Italia), Villarrica (volcán) ( Chile), Volcán Masaya (Nicaragua), Monte Yasur , Miyake-jima y Monte Asama (Japón), Soufrière Hills (Montserrat), con instalaciones permanentes en el Etna y Stromboli. [6]

El desarrollo de este instrumento ha ayudado a los científicos a monitorear los cambios en tiempo real en la composición del gas volcánico, lo que permite una mitigación más rápida de los riesgos y una mejor comprensión de los procesos volcánicos. [7] [1]

Mecánica de sistemas

Estación de campo permanente Multi-GAS. La instalación consta de un Multi-GAS, terminal satelital, baterías de 12 V y control de panel solar ubicado dentro de la caja de madera. Antena satelital, paneles solares y entrada/salida de Multi-GAS ubicada fuera de la caja.

Los sistemas analizadores de gases multicomponentes se utilizan para medir los componentes principales de los gases volcánicos. Los sensores de CO2 , SO2 , H2S y presión-temperatura-humedad suelen incluirse en un paquete. [4] También se han incorporado con éxito otros sensores electroquímicos, incluidos los de H2 [ 8] y HCl . [9] Los instrumentos están empaquetados en contenedores compactos, portátiles y resistentes a la intemperie que permiten mediciones in situ de varios tipos de terrenos de desgasificación. [2] El gas se bombea al sistema a un caudal constante a través de un tubo de silicona colocado cerca de la ubicación de interés. [2] Se utiliza un registrador de datos para registrar y convertir automáticamente los valores de voltaje de los sensores en valores de composición del gas. [2] [3] Si bien el uso en campo de un multi-GAS es simple, el posprocesamiento de los datos puede ser complejo. [3] Esto se debe a factores como la deriva del instrumento y las condiciones atmosféricas o ambientales. [3] El sistema se puede utilizar para estudios a corto o largo plazo. El uso a corto plazo puede incluir la alimentación del multi-GAS con una batería de litio y su traslado a las ubicaciones deseadas [10] [11] o la instalación de un multi-GAS en una ubicación fija durante un breve período de tiempo. [7] Los estudios a largo plazo implican la instalación de una instalación permanente durante un tiempo prolongado. [12] Estas estaciones se pueden instalar con transmisores de radio terrestres (por ejemplo, 3G [4] ) o satelitales [13] [14] para enviar datos desde ubicaciones distantes. [15]

Monitoreo de volcanes

Datos multi-GAS sin procesar que muestran la correlación entre CO 2 y H 2 S. El ajuste de una línea de regresión lineal a los datos sin procesar permite el cálculo de la relación CO 2 /H 2 S para monitorear los cambios en la salida de gas del sistema.

El monitoreo de los cambios en la composición de los gases permite comprender los cambios que ocurren en el sistema volcánico asociado. Las mediciones multi-GAS de las proporciones CO 2 / SO 2 en tiempo real pueden permitir la detección de la desgasificación preeruptiva de magmas ascendentes , mejorando la predicción de la actividad volcánica . [1] A medida que el magma se eleva por debajo de la superficie, la solubilidad del CO 2 disminuye y el gas se exuelve fácilmente, lo que lleva a un aumento en la proporción CO 2 / SO 2 . Una nueva entrada de magma rico en CO 2 en un sistema previamente desgasificado también haría que la proporción CO 2 / SO 2 aumentara, lo que indica cambios en la actividad volcánica. [1] Durante un estudio de dos años en el Monte Etna, los períodos de inactividad tenían proporciones CO 2 / SO 2 <1, pero durante el período previo a una erupción se observaron valores de hasta 25. [1] La entrada magmática o hidrotermal se puede monitorear por las variaciones temporales en las proporciones H 2 S/SO 2 , lo que avanza en la comprensión del comportamiento eruptivo futuro. [15] Las proporciones de CO2 / H2S se utilizan para definir la composición característica del gas del área muestreada. [16] La proporción puede ser una herramienta para comprender cómo se puede haber depurado el gas magmático. [16] Otras proporciones molares y especies de gas medidas por un multi-GAS pueden proporcionar información para un análisis más profundo de las condiciones volcánicas. [3]

Estudios de caso

Se han empleado estaciones Multi-GAS en muchos volcanes de todo el mundo [6] y debido a su diseño simple, pueden ser empleadas por muchos grupos, como científicos, con fines académicos, o agencias gubernamentales como el USGS , que pueden usar datos por razones de seguridad pública. [17] En Europa y Asia, volcanes como Stromboli [18] y Vulcano , [19] Monte Yasur , [10] Miyake-jima [20] y Monte Asama [21] están bien monitoreados con estaciones. En América , Villarrica , [22] Volcán Masaya , [23] Monte St. Helens , [17] y Soufrière Hills [24] también se observan con instrumentos para cambios en la salida de gas volcánico.

Monte Etna, Italia

Se colocó una instalación multi-GAS permanente junto al cráter de la cima del Monte Etna para recopilar mediciones en tiempo real de H 2 O, CO 2 y SO 2 durante un período de 2 años. Los datos se utilizaron para correlacionar el aumento de las proporciones de CO 2 /SO 2 con el ascenso del magma debajo del edificio y las erupciones volcánicas asociadas. [1]

Krysuvik, Islandia

Se instaló un multi-GAS en el sistema geotérmico de Krýsuvík para recopilar datos de series temporales en tiempo real de H 2 O, CO 2 , SO 2 y H 2 S. Las proporciones molares se compararon con los datos sísmicos locales ; los valores de proporción de gas aumentaron después de episodios de mayor sismicidad. La actividad de desgasificación aumenta después del movimiento del suelo debido a la apertura de nuevos caminos (por ejemplo, fracturas ) en la corteza para que fluya el gas. [4]

Yellowstone, Estados Unidos

Para ayudar a comprender la dinámica de la caldera , se utilizó un sistema multigas para medir las variaciones temporales de los gases volcánicos en Yellowstone. Las variaciones temporales coincidieron con las fluctuaciones atmosféricas y ambientales. Las proporciones molares se situaron dentro de una tendencia de mezcla binaria. [12]

NyiragongoRepública Democrática del Congo

Las relaciones molares de CO 2 /SO 2 obtenidas de mediciones de múltiples gases confirmaron una observación previa de que un aumento en los niveles del lago de lava se correlaciona con un aumento en la relación CO 2 /SO 2. [25]

Proyecto de desgasificación de carbono en las profundidades de la Tierra(DÉCADA)

El proyecto DECADE apoyó iniciativas para establecer y expandir el uso de instrumentación permanente para mediciones continuas de CO 2 y SO 2 en volcanes . [26] Se han instalado sistemas Multi-GAS en volcanes como Villarrica, Chile [22] y Turrialba , Costa Rica. [15]

Véase también

Referencias

  1. ^ abcdefg Aiuppa, Alessandro; Moretti, Roberto; Federico, Cinzia; Giudice, Gaetano; Gurrieri, Sergio; Liuzzo, Marco; Papale, Paolo; Shinohara, Hiroshi; Valenza, Mariano (2007). "Predicción de las erupciones del Etna mediante la observación en tiempo real de la composición del gas volcánico". Geología . 35 (12): 1115. Bibcode : 2007Geo....35.1115A. doi :10.1130/G24149A.1.
  2. ^ abcd Aiuppa, A.; Federico, C.; Giudice, G.; Gurrieri, S. (2005). "Mapeo químico de un campo fumarólico: cráter La Fossa, isla Vulcano (Islas Eolias, Italia)". Geophysical Research Letters . 32 (13): L13309. Código Bibliográfico :2005GeoRL..3213309A. doi : 10.1029/2005GL023207 .
  3. ^ abcde Tamburello, Giancarlo (2015). "Ratiocalc: Software para procesar datos de analizadores de gases volcánicos multicomponentes". Computers & Geosciences . 82 : 63–67. doi :10.1016/j.cageo.2015.05.004. hdl : 10447/162310 . ISSN  0098-3004.
  4. ^ abcd Gudjónsdóttir, Sylvía Rakel; Ilyinskaya, Evgenia; Hreinsdóttir, Sigrún; Bergsson, Baldur; Pfeffer, Melissa Anne; Michalczewska, Karolina; Aiuppa, Alejandro; Óladóttir, Audur Agla (2020). "Emisiones de gases y deformación de la corteza terrestre del sistema geotérmico de alta temperatura de Krýsuvík, Islandia". Revista de Vulcanología e Investigación Geotérmica . 391 : 106350. Código Bib : 2020JVGR..39106350G. doi :10.1016/j.jvolgeores.2018.04.007. hdl : 10447/347068 . ISSN  0377-0273. Número de identificación del sujeto  135167976.
  5. ^ Shinohara, Hiroshi (2005). "Una nueva técnica para estimar la composición del gas volcánico: mediciones de columnas con un sistema multisensor portátil". Revista de vulcanología e investigación geotérmica . 143 (4): 319–333. Bibcode :2005JVGR..143..319S. doi :10.1016/j.jvolgeores.2004.12.004.
  6. ^ ab Aiuppa, Alessandro (enero de 2015). "Monitoreo de gas volcánico". En Schmidt, Anja; Fristad, Kirsten E; Elkins-Tanton, Linda T (eds.). Monitoreo de gas volcánico, cap. 6 en Volcanismo y cambio ambiental global. Cambridge University Press. págs. 81–96. doi :10.1017/CBO9781107415683.009. ISBN 9781107058378.
  7. ^ ab de Moor, JM; Aiuppa, A.; Pacheco, J.; Avard, G.; Kern, C.; Liuzzo, M.; Martinez, M.; Giudice, G.; Fischer, TP (2016). "Precursores de gas volcánico de período corto para erupciones freáticas: perspectivas del volcán Poás, Costa Rica". Earth and Planetary Science Letters . 442 : 218–227. Bibcode :2016E&PSL.442..218D. doi :10.1016/j.epsl.2016.02.056. hdl : 10447/227127 . ISSN  0012-821X.
  8. ^ Aiuppa, A.; Shinohara, H.; Tamburello, G.; Giudice, G.; Liuzzo, M.; Moretti, R. (2011). "Hidrógeno en la columna de gas de un volcán de ventilación abierta, Monte Etna, Italia". Revista de investigación geofísica: Tierra sólida . 116 (B10): B10204. Bibcode :2011JGRB..11610204A. doi :10.1029/2011JB008461. hdl : 10447/104567 . ISSN  2156-2202.
  9. ^ Roberts, TJ; Lurton, T.; Giudice, G.; Liuzzo, M.; Aiuppa, A.; Coltelli, M.; Vignelles, D.; Salerno, G.; Couté, B.; Chartier, M.; Baron, R. (2017). "Validación de un nuevo sensor multigas para HCl volcánico junto con H2S y SO2 en el monte Etna". Boletín de vulcanología . 79 (5): 36. Bibcode :2017BVol...79...36R. doi :10.1007/s00445-017-1114-z. ISSN  1432-0819. PMC 6979509 . PMID  32025075. 
  10. ^ ab Woitischek, Julia; Woods, Andrew W.; Edmonds, Marie; Oppenheimer, Clive; Aiuppa, Alessandro; Pering, Tom D.; Ilanko, Tehnuka; D'Aleo, Roberto; Garaebiti, Esline (2020). "Erupciones estrombolianas y dinámica de la desgasificación del magma en el volcán Yasur (Vanuatu)". Revista de vulcanología e investigación geotérmica . 398 : 106869. Bibcode :2020JVGR..39806869W. doi :10.1016/j.jvolgeores.2020.106869. hdl : 10447/498832 . ISSN  0377-0273. S2CID  : 219009925.
  11. ^ Lages, J.; Chacón, Z.; Burbano, V.; Meza, L.; Arellano, S.; Liuzzo, M.; Giudice, G.; Aiuppa, A.; Bitetto, M.; López, C. (2019). "Emisiones de gases volcánicos a lo largo del segmento del arco colombiano de la zona volcánica norte (CAS-NVZ): implicaciones para el monitoreo de volcanes y el presupuesto volátil de la Faja Volcánica Andina". Geoquímica, Geofísica, Geosistemas . 20 (11): 5057–5081. Bibcode :2019GGG....20.5057L. doi :10.1029/2019GC008573. hdl : 10447/386634 . ISSN  1525-2027. S2CID  210304262.
  12. ^ ab Lewicki, JL; Kelly, PJ; Bergfeld, D.; Vaughan, RG; Lowenstern, JB (2017). "Monitoreo de emisiones de gas y calor en la Cuenca del Géiser Norris, Parque Nacional de Yellowstone, EE. UU., basado en un enfoque combinado de covarianza de remolinos y Multi-GAS". Revista de investigación en vulcanología y geotermia . 347 : 312–326. Bibcode :2017JVGR..347..312L. doi :10.1016/j.jvolgeores.2017.10.001. ISSN  0377-0273.
  13. ↑ Brynnams (4 de octubre de 2020). «Estación permanente del analizador de gases multicomponente (Multi-GAS)». Wikimedia Commons . Consultado el 18 de octubre de 2023 .
  14. ^ Madonia, Paolo (24 de noviembre de 2020). «Variaciones de fumarolas de baja temperatura como herramienta para detectar cambios en el estado de actividad volcánica: una breve descripción general». Avances en geociencias . 52 : 99–100. doi : 10.5194/adgeo-52-97-2020 . Consultado el 9 de noviembre de 2023 .
  15. ^ abc Moor, J. Maarten de; Aiuppa, A.; Avard, G.; Wehrmann, H.; Dunbar, N.; Muller, C.; Tamburello, G.; Giudice, G.; Liuzzo, M.; Moretti, R.; Conde, V. (2016). "Agitación en el volcán Turrialba (Costa Rica): procesos de desgasificación y eruptivos inferidos a partir del monitoreo de gas de alta frecuencia". Revista de investigación geofísica: Tierra sólida . 121 (8): 5761–5775. Bibcode :2016JGRB..121.5761D. doi :10.1002/2016JB013150. ISSN  2169-9356. PMC 5054823 . PMID  27774371. 
  16. ^ ab Napoli, Rossella Di; Aiuppa, Alessandro; Allard, Patrick (2014). "Primera caracterización basada en Multi-GAS del gas volcánico de Boiling Lake (Dominica, Antillas Menores)". Anales de Geofísica . 56 (5): 0559. doi :10.4401/ag-6277. hdl : 10447/87765 . ISSN  2037-416X.
  17. ^ ab "Monitoreo de gas volcánico en el Monte St. Helens". www.usgs.gov . Consultado el 29 de octubre de 2020 .
  18. ^ Aiuppa, Alejandro; Federico, Cinzia; Giudice, Gaetano; Giuffrida, Giovanni; Guida, Roberto; Gurrieri, Sergio; Liuzzo, Marco; Moretti, Roberto; Papale, Paolo (2009). "La erupción del volcán Stromboli en 2007: información obtenida a partir de la medición en tiempo real de la relación CO2/SO2 de la columna de gas volcánico". Revista de Vulcanología e Investigación Geotérmica . 182 (3): 221–230. Código Bib : 2009JVGR..182..221A. doi :10.1016/j.jvolgeores.2008.09.013. ISSN  0377-0273.
  19. ^ Aiuppa, A.; Bagnato, E.; Witt, MLI; Mather, TA; Parello, F.; Pyle, DM; Martin, RS (2007). "Detección simultánea en tiempo real de Hg y SO2 volcánicos en el cráter La Fossa, Vulcano (Islas Eolias, Sicilia)". Geophysical Research Letters . 34 (21): L21307. Bibcode :2007GeoRL..3421307A. doi : 10.1029/2007GL030762 . ISSN  1944-8007.
  20. ^ Shinohara, Hiroshi; Geshi, Nobuo; Matsushima, Nobuo; Saito, Genji; Kazahaya, Ryunosuke (2017). "Cambios en la composición de los gases volcánicos durante la disminución gradual de la gigantesca actividad de desgasificación del volcán Miyakejima, Japón, 2000-2015". Boletín de Vulcanología . 79 (2): 21. Bibcode :2017BVol...79...21S. doi :10.1007/s00445-017-1105-0. ISSN  1432-0819. S2CID  132836899.
  21. ^ Shinohara, Hiroshi; Ohminato, Takao; Takeo, Minoru; Tsuji, Hiroshi; Kazahaya, Ryunosuke (2015). "Monitoreo de la composición del gas volcánico en el volcán Asama, Japón, durante 2004-2014". Revista de vulcanología e investigación geotérmica . 303 : 199–208. Bibcode :2015JVGR..303..199S. doi :10.1016/j.jvolgeores.2015.07.022. ISSN  0377-0273.
  22. ^ ab Aiuppa, Alessandro; Bitetto, Marcello; Francofonte, Vincenzo; Velásquez, Gabriela; Parra, Claudia Bucarey; Giudice, Gaetano; Liuzzo, Marco; Moretti, Roberto; Moussallam, Yves; Peters, Nial; Tamburello, Giancarlo (2017). "Un gas CO2 precursor de la erupción del volcán Villarrica de marzo de 2015". Geoquímica, Geofísica, Geosistemas . 18 (6): 2120–2132. Código Bib : 2017GGG....18.2120A. doi :10.1002/2017GC006892. ISSN  1525-2027. S2CID  133688817.
  23. ^ Witt, MLI; Mather, TA; Pyle, DM; Aiuppa, A.; Bagnato, E.; Tsanev, VI (2008). "Emisiones de mercurio y halógeno de los volcanes Masaya y Telica, Nicaragua". Revista de investigación geofísica: Tierra sólida . 113 (B6): B06203. Código Bibliográfico :2008JGRB..113.6203W. doi : 10.1029/2007JB005401 . ISSN  2156-2202.
  24. ^ Christopher, Thomas; Edmonds, Marie; Humphreys, Madeleine CS; Herd, Richard A. (2010). "Emisiones de gas volcánico del volcán Soufrière Hills, Montserrat 1995-2009, con implicaciones para el suministro y desgasificación de magma máfico". Geophysical Research Letters . 37 (19): n/a. Bibcode :2010GeoRL..37.0E04C. doi : 10.1029/2009GL041325 . ISSN  1944-8007.
  25. ^ Bobrowski, N.; Giuffrida, GB; Yalire, M.; Lübcke, P.; Arellano, S.; Balagizi, C.; Calabrese, S.; Galle, B.; Tedesco, D. (2017). "Medidas de emisiones de gases de componentes múltiples del lago de lava activo de Nyiragongo, República Democrática del Congo". Revista de Ciencias de la Tierra Africanas . 134 : 856–865. Código Bib : 2017JAfES.134..856B. doi :10.1016/j.jafrearsci.2016.07.010. ISSN  1464-343X.
  26. ^ "Fischer, TP (2013), Desgasificación profunda del carbono: la iniciativa DECADE del Observatorio del Carbono Profundo, Mineralogical Magazine, 77(5), 1089".

Enlaces externos