Monitoreo de volcanes y mapeo con ASTER en los Andes Centrales y Sur

PROYECTO GEOSAT-ARPROYECTO GEOSAT-AR

SERVICIO GEOLOGICO MINERO ARGENTINOSERVICIO GEOLOGICO MINERO ARGENTINO

AGENCIA DE COOPERACION INTERNACIONAL DEL JAPONAGENCIA DE COOPERACION INTERNACIONAL DEL JAPON

Taller de sensores remotos para la vigilancia de volcanes activos Taller de sensores remotos para la vigilancia de volcanes activos Instituto Gulich CONAE, 23 al 27 de noviembre de 2004, Cordoba Instituto Gulich CONAE, 23 al 27 de noviembre de 2004, Cordoba

Advanced Spaceborne Thermal Emission &

Reflection Radiometer (ASTER)

•NASA & MITI, Terra

•Orbita polar descendente

•705 Km. de altura.

•10:30 AM. (Ecuador)

•Características del sensor

•14 bandas en el rango de 0.56 a 11.3 µm.

•3 subsistemas (VNIR, SWIR, TIR)

•Ancho de barrido de 60 Km.

•Resolución espacial de 15 mts. (VNIR), de 30 mts. (SWIR) y de 90 mts. (TIR).

Configuración del sensor ASTER

VNIR - visible e infrarrojo cercano SWIR - infrarrojo de onda corta TIR - infrarrojo termal Estereoscopía – pares estereoscópicos sobre la órbita Visada lateral - –8,55º / +8,55º en SWIR y TIR –24º / +24º en VNIR

VNIR SWIR TIR

Características ASTER

• Alta resolución espacialVNIR bandas 15m

SWIR bandas 30mTIR bandas 90m

• Amplio rango espectral

3 bandas en VNIR (0.52 – 0.86 μm) 6 bandas en SWIR (1.6 – 2.43 μm) 5 bandas en TIR (8.125 – 11.65 μm)

ASTERPLAN DE MONITOREO VOLCANICO GLOBAL

Clase A: Muchas erupciones en los últimos 10 años

Observados cada 48 días en forma diurna y cada 32 días en forma nocturna

Clase B: Múltiples erupciones en los últimos 100 años

Observados cada 3 meses en forma diurna y nocturna

Clase C: con erupciones mas antiguas que 100años

Observados cada 6 meses en forma diurna y nocturna

LASCAR (clase A) 23° 21´ LS, 67° 43´ LO

TUPUNGATITO (clase B) 33° 24’ LS, 69°48’LO

SAN JOSE (clase B) 33° 47’ LS, 69°54’LO

PETEROA (clase B) 35° 14’ 24” LS, 70° 34’ 12”

COPAHUE (clase A) 37° 50´ LS, 71° 10´ LO

Generalidades de ASTER para el monitoreo volcánico

El subsistema VNIR (3 bandas en el visible e infrarrojo cercano, 15m) permite la visión estéreo, bandas 3N y 3B, con las que puede estimarse la velocidad de desplazamiento y cálculo de altura de las plumas volcánicas y generación de modelos digitales de elevaciones. El subsistema SWIR (6 bandas en el infrarrojo de onda corta, 30m) permite la observación de áreas con alta temperatura como flujos de lava y fumarolas debido a la posibilidad de seteo de un bajo valor de ganancia “Low Gain 2”. El subsistema TIR (5 bandas en el infrarrojo termal, 90m) es utilizado principalmente para discriminación de rocas y observación de temperatura de superficie de más de 300°K. Sin embargo las altas temperaturas de productos volcánicos pueden saturar los detectores del sensor, por eso para altas temperaturas de lavas y fumarolas es utilizado el subsistema SWIR.

El cálculo de contenido de SO2 se realiza con las bandas del térmico debido a que presenta un espectro de absorción característico en estas bandas

0.01

0.1

1

10

8 9 10 11 12

Radia

nce(m

W c

m-2

mic

rom

ete

r-1

ste

r-1

)

13Wavelength (micrometer)

- 50

0

50

100

200

10 11 12 13 141 2 56789430.1

1

10

100

0.4 0.8 1.2 1.6 2Rad

ianc

e(m

W c

m-2

mic

rom

eter

-1 s

ter-

1)

Wavelength (micrometer)2.4

200

300

400

500

6008001000

TIRSWIR

6 bandas y cubre

temperaturas de hasta 460°C

5 bandas y cubre

temperaturas de hasta 100°C

Datos ASTER

IMAGENES ASTER

Diurnas -Nivel 1A ( ERSDAC)

Imagen orto-rectificada, Radiancia al sensor

ASTER DEM data generation software

ORTHO GEOCODED generation software

Corrección atmosférica (TIR)

Temperature and Emissivity Separation Algorithm (TES)

IMAGENES ASTER

Nocturnas

SWIR Y TIR

Nivel 1B (ERSDAC)

IMÁGENES DE TEMPERATURA

•de brillo ó brigthness temperature SWIR - IDEA software

•temperatura absoluta TIR

IMÁGENES DE

TEMPERATURAS

ABSOLUTAS (TIR)

IMÁGENES DE

EMISIVIDAD (TIR)

TEMPERATURA DE BRILLO Y ABSOLUTA

La Radiancia detectada por el sensor es el producto de

• la emisividad de la superficie (ελ )• la temperatura de la superficie (T)

• la tramitancia atmosférica (τλ)• la función de Planck B

 Radiancia a sensor Rλ = τλ ελ B (λ,T) / π + Ratm, λ (1)

El Software TES realiza la correción atmosférica a las bandas del infrarrojo térmico y aplicando la ecuación (1) obtiene EMISIVIDAD y TEMPERATURA ABSOLUTA.

En el caso de no realizarse la corrección atmosférica se asumen los valores de emisividad y transmitancia y se obtiene TEMPERATURA DE BRILLO que depende de la longitud de onda.

Vn. TUPUNGATITO 33° 24’ LS, 69°48’LO

5.640m

Vn. SAN JOSE 33° 47’ LS, 69°54’LO Mendoza, Argentina

5.880m

Subescena

TIR L1B nocturna

Temperatura de brillo

RGB : 14, 12, 10

10-10-2002

Vn.Tupungatito

Vn. San Jose

El volcán Tupungatito

corresponde a una caldera volcánica compuesta, del Pleistoceno - Reciente. En el sector noroeste presenta un nido de 8 cráteres activos, en los cuales se centró la actividad histórica. Desde 1829 tuvo 19 erupciones de pequeña magnitud. Los flujos de lavas y tefra son principalmente andesíticos. La última erupción de material piroclástico fue en 1980 y en 1987 se produjo actividad sísmica y fumarólica. Dentro de la caldera se desarrolló un extensa cubierta de hielo que descargan hacia el oeste, lo que constituye un gran peligro, aún en el caso de pequeñas erupciones.

Vn. TUPUNGATITO

33° 24’ LS, 69°48’LO

Vn. TUPUNGATITO 33° 24’ LS, 69°48’LO (5640 m)

Actividad sísmica y fumarólica

28/30-1-87

(Tomado de González Ferrán, 1995)

Fecha Temp. max-media23-Jan-03 27.17512-Mar-03 21.2316-Jun-03 19.0623-Nov-03 17.742-Feb-04 25.329

VOLCAN TUPUNGATITO

0102030

Fecha

Tem

per

atu

ra

(máx

-med

)

Tupungatito Tupungatito Imagen temperatura absoluta

2-Feb-2004

A A’

A A’

Volcán COPAHUE - Neuquén

July 2000 eruption

2000

El Complejo efusivo Copahue – Caviahue es uno de los 8 complejos efusivos del Arco volcánico del Copahue. El volcán Copahue se ubica en el centro oeste de Neuquén, a los 37°51’15” LS y 71°09’45’’LO. Tiene un cono central con varios cráteres construídos dentro de una gran caldera. Los últimos episodios volcánicos tanto del 92, 93, 94, 95 como los de julio del 2000, corresponden a aportes fumarólicos, piroclastos, pequeños lahares y explosiones freáticas

Complejo efusivo

Copahue - Caviahue

RGB : 3, 2, 1

Subescena imagen nocturna L1B Volcán COPAHUE

RGB 14, 12, 10

Lagos

~7-13°C B13

Fecha Temp. (°C) MEDIA MAX-MED Observaciones11-dic-02 45.084515 2.1 42.9822-Feb-03 45.97282 6.56 39.4117-Mar-03 45.131626 6.65 38.484-May-03 11.293151 0.26 11.03 nubes cerca30-Dec-03 15.540071 3.7 11.84 nubes cerca

Imágenes nocturnas

Imágenes diurnasFecha Temperatura Media anomalía-media

9-Apr-03 48.80 14.40 34.403-Mar-04 26.36 19.23 7.1327-Apr-04 14.24 4.32 9.92

Tomado de `Geología del Complejo volcánico Planchón- Peteroa´

Naranjo et al. 1999

Cráteres de explosión de 1991

El Planchón – Peteroa – Azufre

Es un complejo volcánico, situado en la Cordillera Principal en Mendoza.

El Peteroa se estructuró en la depresión caldérica entre los volcanes Planchón y Azufre.

Está formado por material piroclástico principalmente, de composición andesítica.

Existen varios conductos eruptivos que variaron su ubicación y concentraron la actividad histórica y reciente.

La actividad en las últimas décadas consiste en actividad fumarólica con vapores sulfurosos en torno al lago del cráter.

El último evento eruptivo se produjo en el lago cráter con generación de tefra y lahares.

VOLCAN PETEROA

35° 14’ 24” LS, 70° 34’ 12”

Mendoza - ARGENTINA

Volcán Peteroa – Mendoza Day time image 23-2-2004 RGB : 321

5-3-2004

9-2-2004

8-1-2004 X Temperature profile Y Temperature profile

24.57°C

15.39°C

21.26°C

25.37°C23.52°C

13.8°C

27.10°C

15.67°C

31.62°C

Pixel 90m Remuestreo 10m

Eventos sísmicos desde diciembre del 2003 hasta marzo del 2004Eventos sísmicos desde diciembre del 2003 hasta marzo del 2004

Vn. LASCAR - CHILE 23° 21´ LS, 67° 43´ LOLáscar volcano, located in the north of Chile near Argentina border, has an intermittent activity that consists of the growing and destruction of an andesitic lava dome. The latest eruptive cycle began in 1986, and the plinian main eruptions occur in intervals of 2-3 years increasing the eruptive magnitude. The ashes produced serious danger when they were dispersed by winds. In 1993 the ashes reached Buenos Aires and the south of Brazil.

subset 19-nov-2000

ASTER SWIR – VNIR RGB : 431

LASCAR volcano (23°21´LS, 67°43´LO)

Vn. LáscarVn. Aguas Calientes

subset 9-nov-2002

ASTER SWIR RGB : 459

LASCAR volcano (23°21´LS, 67°43´LO) SWIR Brightness temperature – night time images – (2000-2004)

LASCAR brightness temperature

0.0050.00

100.00150.00200.00250.00300.00350.00400.00450.00

1-Oct-00

19-Apr- 01

5-Nov-01

24-May-02

10-Dec-02

28-J un-03

14-J an- 04

1-Aug-04

17-Feb- 05

Date

Tem

pera

ture

(C

) b4b5b6b7b8b9

Fecha b427-Dec-00 378.37

4-May-01 401.02

21-Jun-01 345.46

6-Jan-02 380.25

5-Apr-02 382.95

7-Jul-02 375.44

5-Oct-02 424.632-Jan-03 408.37

11-Jun-03 360.57

9-Nov-03 370.00

21-Jan-04 377.41

28-Jan-04 397.68

9-Mar-04 387.20

20-Jun-04 379.32

31-Jul-04 375.44

7-Aug-04 355.04

8-Sep-04 377.41

24-Sep-04 392.66

Pixel size = 30 m

may 01 oct 02 set 04jan 04

LASCAR volcano (23°21´LS, 67°43´LO) SWIR Brightness temperature night time images

275 – 300 °C

301 – 325 °C

326 – 350 °C

351 – 375 °C

376 – 400 °C

401 – 425 °C

5-oct-2002 A:18.900m2

Máx: 425°C

11-jun-2003 A:10.800m2

Máx: 361°C

24-sep-2004 A:12.600m2

Máx: 393°C

Pixel size = 30 m

Láscar Volcano: Brigthness Temperature variation in ASTER TIR bands (nigthtime images)

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

15-Mar-00

23-Jun-00

1-Oct-00

9-Jan-01

19-Apr-01

28-Jul-01

5-Nov-01

13-Feb-02

24-May-02

1-Sep-02

10-Dec-02

Date

Bri

gth

nes

s te

mp

erat

ure

( °

C )

b10b11b12b13b14

ERUPTION

7-20-2000

LASCAR volcano (23°21´LS, 67°43´LO) TIR Brightness temperature (2000 – 2002)

Pixel size = 90 m

Geolocation Error (ascending)

-800

-600

-400

-200

0

200

-90 -60 -30 0 30 60 90

Latitude (deg)

Geo

loca

tio

n E

rro

r (m

)

Longitude ErrorLatitude ErrorKimizu LONKimizu LATErebus LONErebus LAT

Earth rotation angle error: 0.00385 degs LOS vectors are compensated at a latitude of 35 degrees for descending.

Volcán LASCAR (23°21´LS, 67°43´LO)

SO2 plume

SO2 Index = B11 / (B10 + B12) (Urai 2000)

SO2 monitoring

9 - apr - 2000 2- oct- 2000

0.430.52

19 - nov - 2000

9- nov- 2002 2- apr- 2003 11- apr- 2004

01- aug- 2004

SO2 Index = B11 / (B10 + B12)

Lithological mappingLithological mapping

LascarPleistocene-Holocene

andesite

Old lavas andes-dacite

Aguas Calientes

andesite

ChiliquesPleist.-Holoc.

andesite

Atana ign.Pliocene

dacite

Corona

Upper Miocene -Pliocene

dacite

Tumiza dacite-

andesite (block and ash flow)

subset 19-nov-2000

ASTER SWIR – VNIR RGB : 431

LASCAR volcano (23°21´LS, 67°43´LO)

subset 9-nov-2002

ASTER SWIR RGB : 459

Corona dome

Vn. Aguas Calientes

Vn. Láscar

Láscar

Aguas Calientes

Corona dome

1993 pyroc. flow

1993 pyroc. flow

Atana ignimbrite

Firmas espectrales de silicatos y su relación

con las bandas TIR de ASTER

Tectosilicate

Phyllosilicate

Inosilicate

Nesosilicate

ASTER TIR : INFRARROJO TERMICO

10 11 12 13 14BANDAS DE ASTER

EMISIVIDAD

a) CARBONATOS

b) CUARCITAS

c) GRANITOS

d) CUARZODIORITA

e) GABRO

f) PERIDOTITA

Spectral measurements

Spectral measurements

Spectral measurements

TIR band ratios12/11, 12/13, 12

Ash and flow 93LascarPleistocene-Holocene

andesite

Tumiza dacite-

andesite (block and ash flow)

Atana ign.Pliocene

dacite

ChiliquesPleist.-Holoc.

andesite

Silica content (MMAJ, 2000)

57.11-286.88*log ((e10+e11+e12)/3/e13)

Co. Corona dacite

Old andesitic lavas

Chiliques andesite

Atana ignimbrite

Chemical analysis

ResultadosResultados

Monitoreo de temperaturas del volcán Láscar: periodicidad variable (mensual a Monitoreo de temperaturas del volcán Láscar: periodicidad variable (mensual a bimestral) – ligera tendencia de incremento de temperaturas bimestral) – ligera tendencia de incremento de temperaturas

Monitoreo de anomalía de SO2 del LáscarMonitoreo de anomalía de SO2 del Láscar

Incremento en el tamaño de anomalíaIncremento en el tamaño de anomalía

Tupungatito: comportamiento levemente oscilante (20°C)Tupungatito: comportamiento levemente oscilante (20°C)

Peteroa y Copahue: limitado a la periodicidad de toma trimestral o mayor, Peteroa y Copahue: limitado a la periodicidad de toma trimestral o mayor, temperatura en descensotemperatura en descenso

Mapeo de litologias utilizando el subsistema TIR Mapeo de litologias utilizando el subsistema TIR