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Observatorio G-Data

InSAR

La interferometría de radar (InSAR, Interferometric Synthetic Aperture Radar en inglés) es una técnica que se utiliza para medir el movimiento de la superficie de la Tierra mediante la diferencia de fase de ondas electromagnéticas enviadas por satélites. En esta técnica, un satélite con una gran antena de radar orbita la Tierra y se alterna para enviar y recibir ondas electromagnéticas de microondas hacia la superficie terrestre. Luego de algunos días, el satélite vuelve a casi la misma posición en el espacio y envía y recibe un nuevo pulso de energía. Si las propiedades eléctricas de la superficie terrestre no cambian, y luego de realizar algunas correcciones por la posición del satélite y la forma de la Tierra, la diferencia de fase de estas dos señales es proporcional a cualquier cambio en la distancia entre los satélites y la Tierra. Esto se muestra en un mapa de deformación conocido como interferograma y muestra que el cambio de fase es producto de movimientos superficiales como por ejemplo en un terremoto. Al día de hoy, es la única técnica que permite medir el movimiento terrestre en grandes áreas de cientos de km2 con incertidumbres que van desde 5 cm a tasas de 1 mm/año. InSAR se utiliza para construir modelos de elevación de la superficie de la tierra, determinar la acumulación de energía en fallas que pueden producir terremotos; constreñir la geometría y el movimiento de fallas que se rompen durante terremotos; determinar la geometría, localización y tasas de inyección / extrusión de magma en cámaras magmáticas bajo volcanes; calcular el movimiento y el balance de masa de glaciares, y para el estudio de la extracción de agua en acuíferos y campos geotermales entre otras aplicaciones. A continuación se muestran ejemplos de InSAR aplicado al estudio de volcanes, fallas activas y terremotos de subduction.

 

Figura 1: Erupción volcán Cordón Caulle Junio 2011 – Marzo 2012. Esta figura muestra dos interferogramas ENVISAT IM6 adquiridos entre el 5 de Octubre del 2011 y el 4 de Diciembre del 2011 (a), y entre el 4 de Diciembre del 2011 y el 2 de Febrero del 2012 (b) durante el final de la erupción de 9 meses de del volcán Cordón Caulle el 2011 y 2012. Ambos cubren dos meses aproximadamente y muestran entre 20 y 15 cm de subsidencia. Durante el período cubierto en el primer interferograma (a) ocurre una mayor efusión de una colada de lava desde el centro eruptivo (triángulo negro) desde una cámara magmática a ~5 km de profundidad que en el segundo periodo (b), por lo tanto la subsidencia es mayor en a) que en b). Estos dos interferogramas muestran que es posible utilizar InSAR para estudiar procesos geológicos que ocurren a escalas de meses y días.

 

Figura 2: Terremoto falla Mojopampa Mw 5.9 Julio 2013 e inflación magmática en el Volcan Sabancaya, Peru Noviembre 2013 – Diciembre 2016. Esta figura muestra el movimiento de la superficie de la Tierra en el volcán Sabancaya en el sur del Perú mediante un interferograma TerraSAR-X (a, b) y una serie de tiempo de InSAR donde cientos de interferogramas se han usado para determinar la velocidad promedio de desplazamiento de la superficie terrestre (c,d). Las columnas izquierda (a,c) y derecha (b,d) muestran el desplazamiento enrollado en forma cíclica cada 1.5 cm (la mitad de la longitud de onda de una onda de TerraSAR-X) y desenrollado en forma continua para facilitar la interpretación respetivamente. En a y b) se muestra un terremoto de magnitud Mw 5.9 en Julio del 2013 producto del movimiento de una falla normal con ruptura superficial. En c y d) se muestra el alzamiento de la Tierra producto de inyección de magma en una cámara a 14 km de profundidad bajo el volcán Hualca Hualca entre Noviembre del 2013 y Diciembre del 2016, y gatillando pequeñas  erupciones en el volcán Sabancaya. Notar que en C se observa una discontinuidad al oeste del Hualca Hualca por creep asísmico en la misma falla que rompió en 2013 y que se ha seguido moviendo producto de la inyección de magma y ascenso de fluidos hacia la superficie de la Tierra.

 

Figura 3: Terremoto de subducción Chiloé Mw 7.6,  25 de Diciembre del 2016. Mapas de desplazamiento este-oeste (Ux) y vertical (Uz) calculados con dos interferogramas Sentinel-1 del terremoto de Chiloé del 25 de Diciembre del 2016. El desplazamiento vertical muestra una transición de alzamiento (~45 cm) a subsidencia (~ -10 cm) y eso es producto de que la ruptura co-sísmica ocurrió en una zona profunda del megathrust entre la placa de Nazca y la Placa Sudamericana.

 

Figura 4: Terremotos en el Fiordo Aysen, Febrero – Abril 2007. Interferogramas del satellite ALOS-1 que muestran deformación y rupturas superficiales producto de terremotos de magnitud Mw 6.1 (a) y Mw 6.2 (b) (mecanismos focales en rojo) en el fiordo Aysén. Estos terremotos fueron producto del movimiento de la falla Punta Cola, un segmento del sistema de fallas Liquiñe Ofqui (lineas en negro). La magnitud de la deformacion es de 20 cm y 40 cm para a) y b) y es lo esperable para eventos de magnitud Mw 6 a 6.5. Las flechas muestran la dirección de vuelo del satélite en negro y la dirección de medición en gris.

 

Figura 5: Inflación volcán Hudson Febrero 2015 – Febrero 2019. Velocidad superficial de un segmento de la region de Aysen medido por el satélite ALOS-2 entre Febrero del 2105 y Febrero del 2019 que muestra alzamiento a una tasa de 3 cm/año en el  volcan Hudson (triangulo negro).  El punto azul muestra la evolución temporal de la deformación en el volcán.

Equipo

Francisco Delgado

PhD. Cornell University, Ithaca, NY, USA
Líneas de investigación: - InSAR, Geodesia Espacial - Deformación de la corteza e interacción volcánica-tectónica. - Mecánica de transporte y almacenamiento de magmas y dinámica de erupciones volcánicas.