Cuantificación de la energía cinética a partir del modelo de explosiones en el volcán Popocatépetl

Abstract

RESUMEN: En la actividad volcánica existen diversas manifestaciones registradas por instrumentos especializados, tal es el caso de los eventos explosivos en el cráter con expulsión de material. En términos sismológicos una explosión volcánica interna se representa con la variación de los esfuerzos normales en un punto con la irradiación de energía mecánica radial y hacia afuera. Cuando sucede en la superficie se representa sólo con el esfuerzo vertical con emisión de energía interna desde el cráter. Este tipo de fuente se trató numéricamente en este trabajo. Para la simulación se utilizaron las ecuaciones de movimiento de la propagación de las ondas sísmicas en el plano x-z. El tratamiento numérico se basó en la discretización del medio mediante celdas alternadas. El modelo interior fue tratado con una malla de velocidades de ondas sísmicas y de densidades, representativas para el volcán Popocatépetl. El esquema numérico culminó con la consideración de superficie libre irregular. En el modelado la fuente por explosión se ubica a unos metros bajo el cráter. Los resultados que se presentan son los sismogramas sintéticos para cada perfil generados en la simulación al ocurrir una explosión. En el análisis de propagación de las ondas sísmicas se identifica la onda P, la conversión SV y la onda superficial Rayleigh, siendo esta última la más energética en la propagación. Con respecto de los registros reales se realizó un procesado de la señal que consistió en la aplicación de un filtro y la calibración del sismograma para obtener la amplitud en unidades de desplazamiento, la cual resulta de mucha importancia debido que permitió cuantificar la energía cinética, el principal objetivo en este trabajo. Al confrontar los registros reales con los generados en la simulación se observó una gran similitud, concluyendo que se puede realizar la cuantificación de la energía cinética en la fuente donde se generó la explosión mediante la modelación de las explosiones. La energía cinética del 18 de abril de 2016 ocurrida en el volcán Popocatépetl se cuantificó en un rango de 2.43268X10 14 a 5.17𝑥1015 ergios. La importancia del cálculo de la energía cinética a partir del modelo de explosiones presentado en este trabajo permitirá establecer la base para en un futuro realizar comparaciones entre las explosiones emitidas en el volcán Popocatépetl. ABSTRACT: In the volcanic activity there are manifestations recorded by specialized instruments, such as explosive events in the crater with expulsion of material. In seismological terms, an internal volcanic explosion is represented by the variation of normal stresses at a point with the irradiation of radial outward mechanical energy, when it happens on the surface it is represented only with vertical stress with internal energy emission from the crater. This type of source was treated numerically in this paper. For the simulation the equations of motion of the propagation of seismic waves in the x-z plane were used. The numerical treatment was based on the discretization of the medium by means of alternating cells. The interior model was treated with a mesh of seismic wave speeds and densities, representative for the Popocatépetl volcano. The numerical scheme culminates with the consideration of irregular free surface. In modeling, the explosion source is located a few meters below the crater. The results are the synthetic seismograms for each profile generated in the simulation when an explosion happens. In the propagation analysis of the seismic waves of the P wave, the SV conversion and the Rayleigh surface wave, the latter being the most energetic in propagation. With respect to the observed seismogram, a signal processing was carried out, which consisted of the application of a filter and the calibration of the seismogram to obtain the amplitude in displacement units, which is very important because it allowed quantifying the kinetic energy, main objective in this paper. When comparing observed seismogram with those generated in the simulation, a great similarity is observed, concluding that the other seismograms generated in the simulation are reliable and thus analyze the behavior of the seismic waves when an explosion occurs. When comparing the actual records with those generated in the simulation, a great similarity is observed, concluding that quantification of kinetic energy can be performed at the source where the explosion was generated by modeling explosions. The kinetic energy of the 18 of April of 2016 happened in the volcano Popocatepetl was quantified between 2.43268X10 14 ergs to 5.17𝑥1015 ergs. The importance of calculating the kinetic energy from the explosion model will establish the basis for a future comparison scale between the explosions emitted in the Popocatépetl volcano.