Obtienen imágenes inéditas del interior del Popocatépetl

Mediante el entrenamiento de un sistema de inteligencia artificial (IA) para identificar pequeñas señales sísmicas generadas dentro del volcán Popocatépetl, investigadores del Instituto de Geofísica (IGf) de la UNAM esperan complementar la tomografía de ruido ambiente que actualmente realizan de su interior.

Marco Calo, del Departamento de Vulcanología del IGf, y las doctorantes Leonarda I. Esquivel Mendiola y Karina Bernal Manzanilla explicaron que la actual red de instrumentos sísmicos alrededor del coloso les permite obtener imágenes del interior del volcán con una resolución inédita.

Los métodos que usan son similares a las técnicas de radiografía médica. Sin embargo, en este caso, se obtiene una imagen de la estructura interna de Don Goyo a partir de los cambios en las velocidades de las ondas sísmicas que viajan por su interior.

El equipo de Calo emplea dos métodos distintos: el primero es la interferometría sísmica, que usa el ruido sísmico ambiental; y el segundo es monitorear las señales de los pequeños temblores que ocurren dentro del volcán para los cuales usan la IA. La información recabada en conjunto servirá para mejorar los modelos que explican cómo funciona el Popo y apoyar a Protección Civil en la toma de decisiones más convenientes y a los gobiernos a fin de salvaguardar mejor a la población.

Anteriormente, prosiguió, se estudiaba la sismicidad vinculada, principalmente, a la parte central del volcán, pero se carecía de imágenes de lo que podría ser el contraste con los alrededores, y esto es lo que están haciendo los estudiantes.

El vulcanólogo llegó a México hace casi una década y ayudó al desarrollo de la actual red sísmica de monitoreo, que fue mejorada en 2018 en el Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED), y un año después hizo la “instalación de una red de ocho estaciones adicionales” gestionadas por el Departamento de Vulcanología del IGf.

Esquivel Mendiola, estudiante de doctorado en Ciencias de la Tierra especializada en sismología, comentó que colabora de varias formas con Calo desde que estudiaba la maestría. Actualmente bajo su tutoría y la colaboración de Arturo Iglesias Mendoza ya cuenta con las primeras imágenes de la estructura interna del volcán hasta 10 kilómetros de profundidad (cinco sobre el nivel del mar y cinco debajo de éste).

Y señaló: “Lo que vemos ahora es una imagen del edificio completo del volcán, cada punto indica la sismicidad, los colores las anomalías que se refieren a zonas donde las ondas sísmicas se propagan con mayor velocidad. Poseemos una imagen completa de la estructura horizontal y a profundidad del volcán”.

Los investigadores puntualizaron que, aunque hay la teoría de que cuentan sólo con una cámara magmática, la realidad de lo que se observa en el Popo es que no es un cuarto o una esfera, sino que el material se mueve por distintos espacios o conductos que encuentra entre las fracturas de las rocas. El material que alimenta a los volcanes es profundo, pero en las partes más superficiales o someras se tienen reservorios o áreas donde se almacena.

Bernal Manzanilla, también alumna de doctorado en Ciencias de la Tierra especializada en sismología, realiza el entrenamiento de un sistema de IA para identificar distintos tipos de temblores que ocurren dentro del volcán.

“Lo que he estado trabajando es un modelo o programa de computación al cual le estoy enseñando a diferenciar y reconocer distintos tipos de temblores del volcán y, a partir de esto, vamos a elaborar una nueva tomografía, como la de Leonarda Esquivel, para centrarnos en el área somera y tener mayor resolución y detalle de las estructuras que hay dentro”.

Al comparar los resultados de enero de 2019 a marzo de 2023 obtenidos con este sistema y el monitoreo del CENAPRED, los expertos han encontrado que la IA logra en gran medida identificar la sismicidad en los reportes oficiales, incluso hallar nuevos eventos que tal vez ha sido muy difícil reconocer con una simple revisión manual. Esta información adicional será útil para visualizar con mayor detalle cómo se comporta la parte somera del volcán.

Sistemas más eficientes y confiables

Los investigadores precisaron que hasta el momento se ha tenido constante comunicación con el CENAPRED, y se espera que en el futuro se pueda integrar el trabajo del sistema de IA a fin de contribuir en el monitoreo del volcán. Implementar los modelos de velocidades, calculados a partir de las dos metodologías, para mejorar la localización de la actividad sísmica y complementar los reportes manuales con la ayuda de la IA son retos de investigación que ayudan al desarrollo de sistemas de monitoreo más eficientes y confiables.

Uno de los principales desafíos que tienen los investigadores del IGf es mejorar la rapidez en la adquisición de datos, pues actualmente laboran con los registros póstumos, y si bien en el caso de la implementación de la IA se puede procesar un mes de datos en una hora, el objetivo es aprovecharlo en tiempo real.