Deformalert

  Deformalert

Deformalert es un sistema de monitoreo de deformaciones de la corteza terrestre, utilizando como principal herramienta la Interferometría Radar de Apertura Sintética (InSAR), en zonas con actividad volcánicas y fallas geológicas sismo generadoras. Centra sus esfuerzos en la determinación de zonas de vulnerabilidad y poblaciones en riesgo.

Puedes visitar una demo de nuestra web en: https://sites.google.com/ues.edu.sv/deformalert/inicio 

  ¿De dónde nace Deformalert?

Los sismos y las erupciones volcánicas son frecuentes en la región Centroamericana debido a su ubicación en el Cinturón de Fuego del Pacífico, una zona que debido a la configuración de las placas tectónicas no es ajena a eventos eruptivos y movimientos telúricos.

En países como El Salvador, con una alta presencia de volcanes, existen muchas comunidades y pueblos asentados a las faldas de estos. Ejemplo de ello es el Área Metropolitana de San Salvador, en sus inmediaciones se encuentra el volcán de San Salvador cuya última erupción se registró el 7 de julio de 1917. Otro claro ejemplo es la ciudad de San Miguel, cercana al volcán Chaparrastique con eventos eruptivos registrados en 2023 según el Smithsonian Institution. Por último, también se puede mencionar a la ciudad de Santa Ana, que se encuentra a unos cuantos kilometros del volcan Ilamatepec (o Lamatepec) con una última erupción registrada el 1 de octubre de 2005 dejando un aproximado de 15,000 refujiados y 2 fallecidos según datos de FUNDASAL (Fundación Salvadoreña de Desarrollo y Vivienda Mínima)

No solo los volcanes representan un riesgo para las comunidades cercanas a ellos, si no también lo hacen los sismos. La mayoría de los sismos grandes son generados por la subducción de las placas también conocidos como sismos tectónicos, sin embargo existe una gran cantidad de sismos corticales que pueden tener dos fuentes generadoras principales: los volcanes y el fallamiento geológico.

No debemos irnos tan lejos para recordar uno de los sismos mas destructivos con origen dentro del territorio salvadoreño. Ocurrió el 13 de febrero de 2001 con una magnitud de momento de 6.6 según el USGS (Servicio Geológico de los Estados Unidos). Entre las consecuencias devastadoras de este sismo se encuentran 315 pérdidas fatales, 3399 heridos, 252 622 damnificados y 37 desaparecidos.

Deformalert nace del latente riesgo al que se encuentran sometidas las comunidades, pueblos y ciudades debido a los sismos y a la actividad volcánica. Es por ello que esta iniciativa implementará una plataforma de alerta temprana para la población ante posible actividad sismica y volcánica, y de esta forma poder detectar las áreas con mayor vulnerabilidad al momento de ocurrir uno de estos sucesos. 

La iniciativa de Deformalert se centrará en primera instancia en el monitoreo del Complejo Volcánico de Santa Ana, conformado por el Volcán Ilamatepec, Volcán de Izalco y la Caldera del Lago de Coatepeque. También se monitorearan las fallas geológicas dentro del complejo volcánico y cercanas. Luego, esta iniciativa pretende ser replicada en todo el país, centrandose en los volcanes activos de El Salvador y zonas con una elevada actividad sísmica.

  Nuestros objetivos

• Monitorear las deformaciones sobre la superficie terrestre mediante el uso de imagenes satelitales.
• Identificar comunidades, pueblos y asentamientos humanos en situaciones de riesgo y vulnerabilidad debido a erupciones volcánicas y sismos.
• Brindar una alerta temprana ante posibles erupciones volcánicas mediante el análisis de señales sísmicas y volcánicas.
• Fomentar la colaboración entre comunidades, entidades gubernamentales y ONGs en el monitoreo y divulgación de la información.

  Contexto Social y Geológico

En primera instancia, Deformalert se centrará en el monitoreo de deformaciones del Complejo Volcánico de Santa Ana (CVSS), ¿Por qué?. El CVSS está conformado por el Volcán de Izalco, el Volcán Ilamatepec, Cerro Verde, el Lago de Coatepeque (una caldera volcánica) y diversos conos menores.

El Complejo Volcánico de Santa Ana se encuentra localizado entre los departamentos de Santa Ana y Sonsonate, sobre la Cordillera de Apaneca. Dentro del graben central centroamericano con una tendencia migratoria hacia el sur del país y un rumbo preferencial WNW-ESE (Williams & Meyer Abich, 1955; Wiesemann, 1975).

Durante el año 2005 se produjo las más importante erupción del Volcán Ilamatepec en tiempos actuales. Dicho evento eruptivo representó un peligro para 29,700 pobladores que habitaban la zona de riesgo en ese entonces, según datos de FUNDASAL en su Carta Urbana de Octubre de 2005. El volán expulsó materiales como lodo, ceniza y pierdas en un radio de acción de 10km.

Los cantones afectados debido al alud de lodo producto de la laguna cratérica del volcán fueron: Palo Campana, Potrero Grande Arriba, Calzontes Arriba y Abajo, Lomas de San Marcelino, El Chaparrón, Plan de La Laguna y algunos ranchos recreativos del lago de Coatepeque (FUNDASAL, 2005).

En términos agrícolas, el más afectado fue el sector cafetalero con una pérdida estimada de 60,000 quintales de café según la fundación Salvadoreña para Investigaciones del Café (PROCAFE) y el Ministerio de Agricultura y Ganadería (MAG). De igual forma se afectaron los pastizales para la ganadería.

Las pérdidas económicas alcanzaron los 355.5 millones de dólares estadounidenses lo que equivalía a un 2.20% del PIB de 2005 (CEPAL, 211), tomando en cuanta que al mismo tiempo el territorio salvadoreño se vio afectado por el huracán Stan.

Para este proyecto se ha considerado un radio de influencia de 20 km desde el volcán Ilamatepec, 10km más del radio de acción de los materiales volcánicos expulsados durante la erupción del 1 de octubre de 2005. Dentro de esta área se encuentran más de 200 comunidades, que van desde urbes hasta pequeños cantones, y mas de 300 centro educativos tanto del sector público como privado, incluyendo universidades.

El Complejo volcánico de Santa Ana es también un sitio turistico muy frecuentado por nacionales y extrajeros, concentrandose el turismo en: turismo acuático en el Lago de Coatepeque, caminatas a la cumbre del Volcán Ilamatepec, Volcán de Izalco y Cerro Verde. La mayoría de los hoteles se concentran en las cercanías del Lago de Coatepeque, sin embargo también hay hoteles de montaña en la zona como: Hotel y Finca Campo Bello, Bosques del Tíbet, Casa 1800 Cerro Verde, Casa de Cristal, etc.

  ¿Cómo funciona Deformalert?

La plataforma Deformalert utilizará datos de Sentinel 1 para análisis y monitoreo de las deformaciones para la posterior alerta a las comunidades cercanas al área de estudio en caso de presentarse comportamientos anómalos o señales que difieran con el comportamiento normal de los parámetros monitoreados en el Complejo Volcánico de Santa Ana.

Se verificará el intervalo temporal de revisita de los satélites Sentinel 1 en el área de estudio para considerar la cantidad de datos disponibles y la frecuencia de análisis a realizar. La revisión de calidad de las imágenes se hará considerando factores climáticos y atmosféricos, descartando aquellas que muestren una alta presencia de nubosidad o bajo otras condisiones atmosféricas desfavorables. 

Deformalert utilizará imagenes SAR específicamente las de Nivel 0 o RAW considerando un aproximado de 124 órbitas para la dirección ascendente de la órbita y 84 órbitas para el modo descendente. Para el modo de adquisión de los datos se utilizará la opción Interferometric Wide Swath (IW). Adicionalmente se descargaran los archivos AUX_POEORB del satélite Sentinel 1 para obetner los datos de órbitas precisas y realizar las correciones necesarias para las imagenes RAW.

Para el procesamiento de datos satelitales se utilizará ISCE (InSAR Scientific Computing Environment) una plataforma de software desarrollada por Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA para el procesamiento de datos de radar de apertura sintética (SAR) y realización de la interferometría SAR (InSAR). 

Como se ha mencionado con anterioridad, Deformalert se base principalmente en el monitoreo de deformaciones de la corteza, sin embargo, para un mejor monitoreo también se respalda de datos adicionales, como mediciones in situ, análisis de patrones sísmicas y otras técnicas para el analisis de señales.

Monitoreo de CO2

Se instalarán estaciones de monitoreo de CO2 en los alrededores del Complejo Volcánico de Santa Ana. El CO2 es un gran indicador de la actividad volcánica, y es el gas más presente en este tipo de entornos por lo que su monitoreo es fundamental.

Análisis y Monitoreo sísmico.

Para el análisis sísmico se utilizarán datos del catálogo sísmico de IRIS DMC Web Services para determinar zonas con alta sismicidad dentro del Complejo Volcánico de Santa Ana mediante cálculo de la frecuencia de sismos. Adicionalmente se realizará un análisis temporal de los valores del b-value (valores inferiores a 1 indican actividad tectónica, y superiores a 1 son típicos de actividad volcánica) para determinar parámetros normales de sismicidad del volcán y de las fallas geológicas circundantes lo que ayudará a determinar e identificar comportamientos anómalos en los patrones de sismicidad.

Validación de ubicaciones de fallas geológicas.

Mediante el uso de la técnica de potencial espontáneo se realizará una validación de las ubicaciones de las fallas geológicas sugeridas por estudios previos realizados en el área de interés lo que ayudará a concentrar los esfuerzos de monitoreo en las zonas pertinentes.

Identificación del riesgo.

Utilizando datos de OpenStreetMap se obtendrán parámetros de vulnerabilidad (tipo de viviendas, uso de suelos, etc) en conjunto con las características geológicas y geomorfológicas del sitio. A su vez con el uso de mapas de clasificación de pendientes y los datos de deformación se identificarán los peligros a los que están expuestas las comunidades. Para así, con todo esto generar mapas de riesgo que puedan brindar un apoyo certero a las comunidades.

Mapas de geoformas.

Mediante el uso de un modelo de elevación digital se han calculado la geomorfología presente en el área de estudio, partiendo de un calculo de vecinos cercanos y realizando una clasificación de 10 geoformas.

Mapa de clasificación de pendientes.

   Metodología de mapas de riesgo.

La metodología para los mapas de riesgo en tiempo real utilizará del método de jerarquía analítica Saaty, el proceso de generación de mapa de riesgo partirá del producto de los mapas de peligro y de vulnerabilidad.

Matriz Saaty de peligro.

Tomará en cuenta:

• Condiciones geológicas
• Condiciones geomorfológicas
• Pendientes del terreno.
• Precipitaciones.
• Nivel de deformación.
• Distancia de la comunidad.
  
  Matriz saaty de peligro, ejemplo de distribución de partiendo de ponderaciones de diversos parámetros condicionantes del entorno.

Matriz Saaty de vulnerabilidad.

Tomará en cuenta:

• Condiciones socioeconómicas.
• Características de las viviendas.
• Uso de espacios.
• Cercanía a albergues.
• Accesibilidad vial.
  
  
  Matriz saaty de vulnerabilidad, ejemplo de distribución de partiendo de ponderaciones de dimensiones sociales y económicas de las comunidades.

  Acción comunitaria

Con el objetivo de una alerta temprana a las comunidades se pretende distribuir pequeños dispositivos a los líderes locales con tecnología LoRa que indiquen cuando los niveles de deformación superen un umbral preestablecido, de igual forma se hará con valores de las estaciones de CO2 que se encuentren en la cercanía.

LoRa es una tecnología de comunicación inalámbrica de largo alcance, bajo consumo y bajo costo, en conjunto con la integración de los módulos ESP32 lo vuelven una gran herramienta para la creación de dispositivos de alerta dentro de las comunidades aledañas al volcán y que cuentan con poca cobertura de internet.

Red de observadores

En Deformalert sabemos que la contribución comunitaria es el mejor camino, por lo que los habitantes de las comunidades cercanas al Complejo Volcánico de Santa Ana y/o turitas, pueden hacer sus reportes en nuestra plataforma sobre comportamientos extraños en el volcán, como el surgimiento de una nueva fumalora, un grieta extraña que haya surgido. Cualquier colaboración será de ayuda.

Cuestionario macrosísmico

En el país se generan mapas de isosistas de intensidad instrumental con acelerómetros ubicados en diferentes edificios del país, sin embargo, Deformalert se interesa en la evaluación subjetiva de la intensidad por lo que se ha creado un cuestionario macrosísmico para medir las intensidades sísmicas en las zonas cercanas al Complejo Volcánico de Santa Ana mediante la colaboración de los habitantes que dejen su aporte en la plataforma. Con esto se podrán determinar áreas de amplificación de ondas sísmicas o zonas con suelo poco compactado, así se determinarian peligros asociados al comportamiento del terreno.

  Impacto social

Los desastres naturales afectan económica, social y ambientalmente a las poblaciones, frenan el desarrollo de las sociedades y favorecen el incremento de la pobreza.  El Informe Nacional del Estado de los Riesgos y Vulnerabilidades del Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales (2017) menciona que, el 88.7% del territorio salvadoreño se considera como zona de riesgo y que sobre esa superficie se asienta el 95.4% de la población. Las amenazas naturales que afectan a El Salvador son: la amenaza sísmica, por tsunamis, volcánica, por movimiento de masa, fenómenos hidrometeorológicos, etc.

Según el Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales, El Salvador se divide en 12 zonas sísmicas con un 63% del territorio en amenaza sísmica alta o muy alta y un 37% en amenaza sísmica moderada. El territorio cuenta con más de 6 volcanes activos, con un total de 1.3 millones de personas viviendo a menos de 10km de distancia de estos 6 centros eruptivos.

Debido a la expanción de las ciudades y a nuevos asentamientos en zonas de riego los desastres siempre irán en aumento, sin embargo, los desastres se pueden prevenir y predecir. A pesar de no poder controlar los fenomenos naturales los efectos negativos de ellos pueden reducirse mediante medidas de mitigación. El primer paso es la identificación de los riesgos para la generación de lineamientos y medidas de acción para la previsión de desastres en las comunidades expuestas.

En Deformalert se trabaja con la identificación del riesgo humano, económico y social debido a la amenaza asociada a la actividad volcánica y sísmica en una de las 12 zonas sísmicas de El Salvador (zona 2) que ha presentado instensidades máximas de VIII (escala Mercalli Modificada) y que cuenta con 3 de los 6 principales volcanes activos. Según datos del Fondo de Inversión Social para el Desarrollo Local (FISDL) las comunidades de la zona se encuentran con tazas de pobreza moderada y alta.

La zona de estudio presenta una fuerte fragilidad social y económica, convirtiendo al sitio en un lugar con una vulnerabilidad alta debido a las condiciones de pobreza de las comunidades, Mientrás más cercana sea la comunidad al Complejo Volcánico de Santa Ana, los niveles de fragilidad aumentan, hecho que se puede constatar debido al limitado acceso a los servicios básicos y las condiciones estructurales de las viviendas.

Mediante Deformalert se pretende detectar rutas de evacuación en base al mapa de riesgos y las deformaciones del terreno para reducir las pérdidas fatales en caso de una erupción volcánica.

  Impacto económico

Con Deformalert las comunidades cercanas podrán evacuar en momentos oportunos, resguardando sus vidas y sus pertenencias de valor a zonas seguras o albergues. Mediante la alerta temprana ante erupciones volcánicas los granjeros podrán movilizar su ganado a área seguras según lo indicado por los mapas de riesgo que se generarán, evitando la pérdida del sustento económico de miles de familias.

  Alianzas

Para una adecuada gestión del riesgo ante desastres, es primordial la cooperación entre diferentes sectores de la comunidad, tanto públicos, como privados. Por ello Deformalert busca generar convenios con instituciones gubernamentales y no gubernamentales con interés en la reducción de la vulnerabilidad ante amenazas.

Deformalert busca generar alianzas y unir esfuerzos con instituciones como:

• Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales.
• Protección Civil.
• Presidencia de la Replública.
• ONGs.
• Universidades.
• Centros de Investigación.

💸 Modelo de negocio

Deformalert se basa en un modelo de negocios fremium de datos abiertos. Se pretende ofrecer servicios de libre acceso a las comunidades vecinas al complejo volcánico y publico en general, servicios de alerta de deformaciones, alzas en las emisiones de CO2 e información sísmica del área, mientras que, se espera mantener una cartera de clientes corporativos para servicios mas especializados, entre los servicios paga que se presentarán a este publico estarán: Mapas de deformación en zonas geotérmicas, Mapas de sismicidad y dispersión sísmica, y monitoreo de flujo de CO2.

Entre el publico corporativo objetivo en El Salvador tenemos empresas tales como:

•  La Geo S.A. de C.V. (Empresa dedicada a la geotermia con 3 plantas de producción en El Salvador).
• Holcim (Empresa concretera en El Salvador).
• S.G.G. Consulting.
• Entre otras.

💰Presupuesto de gastos de equipo de estaciones y alerta:

Equipo de monitoreo de CO2 por estación:

• Placa de desarrollo ESP32:         $20.00
• Sensor de flujo de CO2 NDIR:    $200.00
• 2 Bombas de vacío:                     $60.00
• Cámara de acumulación:            $100.00
• Case protector y cableado:        $200.00
• Panel solar 12V:                           $30.00
• Batería recargable:                      $45.00
• Estructura de montaje:                $100.00
• Modulo LoRa:                               $25.00

Costo total: $740.00

Equipo receptor de alerta:

• Placa de desarrollo ESP32:     $20.00
• Modulo LoRa:                           $25.00
• Batería 5V Litio:                       $15.00
• Pantalla OLED 2.8 inch:           $15.00
• Case protector y cableado:    $25.00

Total: $100.00

Servicios de alojamiento y dominio de Web

• Dominio:                                                       $10 a $20 anual.
• Alojamiento en servicios AWS:                   > $50 mensuales.
• Certificados SSL (incluido en AWS):          $0

  Imprevistos.

Como todo proyecto prometedor, Deformalert no es ajeno ha imprevistos, más aún considerando que depende de varios servicios gratuitos. 

Imágenes satelitáles

Principalmente dependemos de los servicios de Copernicus para la obtención de los datos SAR del satélite Sentinel 1, si en algún momento el servicio se ve interrumpido la plataforma seguirá funcionando, la opción más viable es el uso de drones para el monitoreo de las deformaciones corticales ya sea con tecnología Lidar, sin embargo por el costo económico que requiere, también se podría optar por cámaras RGB de alta resolución que son utilizadas para fotogrametría, significaría un mayor trabajo de campo, pero menor inversión en equipo.

Datos sísmicos

Los datos sísmicos utilizados provienen de dos fuentes. Los históricos de IRIS DMC Web Services y el monitoreo en tiempo real es por medio de los datos recibidos en el Servidor de Raspberry Shake. En dado caso uno de estos servicios deje de estar en funcionamiento hay diferentes caminos a tomar. Para el caso de catálogos sísmicos hay otras webs que los proveen aparte de IRIS, como el USGS, ISC y CMT. Todos ellos catálogos sísmicos de libre acceso. En el caso de las estaciones Raspberry Shake, si dejarán de estar disponibles se optaría por realizar un acuerdo o convenia con la Universidad de El Salvador, entidad que se encuentra a cargo de estas estaciones.

  Autores

Diego Tobías López: Geofísico con experiencia en vulcanología y prospeción geofísica. Cuenta con habilidades en lenguajes de programación como R y Python. Conocimiento en sistemas de información geográfica.

Evelyn Susana Delgado: Geofísica con experiencia en sismología y procesamiento de imágenes satelitales.