Volcán Guagua Pichincha

 El Volcán Guagua Pichincha (4.784 msnm) es el centro eruptivo más joven y activo del Complejo Volcánico Pichincha; cuyo edificio erosionado, viejo y extinto, se extiende desde el occidente de Quito hasta las cabeceras del río Cinto y Lloa al sur, Nono en el norte. La actividad eruptiva más reciente del Volcán Guagua Pichincha ocurrió entre 1999 a 2001 en el domo denominado “Cristal” que está ubicado en el centro de una gran cicatriz producto del colapso lateral y explosiones de su anterior edificio.

 Este centro eruptivo se encuentra ubicado aproximadamente a 12 km del centro de Quito y dado a que su profunda cicatriz está abierta hacia el occidente, la mayoría de los flujos piroclásticos relacionados con las erupciones del domo Cristal han sido dirigidos al occidente, hacia una zona boscosa y con escasa población

 Los magmas asociados al Volcán Guagua Pichincha son de composición dacítica, es decir, su contenido de sílice (SiO ₂ ) es relativamente alto (62-65 wt.% SiO ₂ ). Este factor influye en su nivel de explosividad, el cual se cataloga entre moderado y alto. Se han identificado varias erupciones del domo Cristal ocurridas en los últimos 4000 años. Las erupciones de hace 10000 y 1000 años antes del presente (a AP) fueron las más importantes del periodo reciente del Guagua Pichincha, las cuales tuvieron un Índice de Explosividad Volcánica (VEI) > 5. La erupción histórica de 1660 (VEI 4) fue registrada en el entonces pequeño casco urbano de Quito, aunque tuvo un alcance inferior a los eventos anteriormente mencionados. La frecuencia de las erupciones grandes del Volcán Guagua Pichincha es aproximadamente cada 500 a 1000 años. Sin embargo, estudios demuestran que las  grandes erupciones están precedidas por pequeñas erupciones precursoras que ocurrieron varias décadas antes del evento principal. Este fue el caso de las erupciones en el año 1575, que anticiparon la erupción principal del Volcán Guagua Pichincha en octubre de 1660

 De igual forma, las erupciones de 1999-2001 fueron anticipadas por actividad freática precursora en el periodo comprendido entre 1980 y 1998. Las erupciones entre 1999 y 2001 fueron de un VEI 1-2 y estuvieron acompañadas por el colapso y crecimiento sucesivo de 9 domos de lava, el último se preserva hasta ahora (Figura 1). Lo más destacable fue la erupción del 7 de octubre de 1999, cuando una columna de ceniza alcanzó 15 km de altura (Figuras 2 y 3).

 En base a investigaciones realizadas en la cuenca de Quito y sus alrededores se ha encontrado amplia evidencia de depósitos de caídas de cenizas y lahares secundarios relacionadas con erupciones del Volcán Guagua Pichincha. El depósito de caída asociada a la erupción grande del Siglo X tiene una acumulación de 12 cm en el sector de la Universidad Central. En el casco colonial la caída de pómez que pertenece a la erupción histórica de 1660 tiene un espesor de 4 cm y sus fragmentos de pómez miden hasta 2 cm de diámetro.

 En un corte en el Parque Arqueológico Rumipamba (PAR) (sector Avenida Occidental) se observan tres niveles importantes de lahares que se formaron por la incorporación de agua de lluvia con rocas y cenizas depositadas en la parte alta de la quebrada Rumipamba. En el PAR los depósitos laháricos contienen abundante cerámica y fueron depositados sobre edificaciones construidas por los habitantes prehispánicos (Figura 4). En  excavaciones profundas realizadas en la parte central de la cuenca de Quito se encontraron muchas evidencias de lahares secundarios que transitaron por las quebradas Rumipamba y Rumiurcu, y que fueron depositados a lo largo de los abanicos formados al pie de estas dos grandes quebradas, donde dominaba un ambiente lagunar en la zona de la Carolina

Las erupciones ocurridas en el periodo comprendido entre octubre 1999 y marzo 2001 produjeron columnas de gases y ceniza que dejaron capas milimétricas en las zonas habitadas del Distrito Metropolitano de Quito (DMQ), las mismas que causaron el cierre del antiguo Aeropuerto Internacional de Quito por 10 días y además generó problemas de visibilidad y respiración debido a las altas concentraciones de polvo volcánico que cubrieron las calles (Figura 5). En dichos eventos los flujos piroclásticos fueron restringidos a los cauces de los Ríos Cinto-Cristal desde el pie del domo Cristal, recorriendo una distancia de 11 km (Figura 6). El calor de estos flujos quemó la vegetación hasta 30 m de altura en las quebradas y sepultó los bosques y terrenos ubicados en el fondo del cauce del Río Cinto, que tiene un ancho de 300 m.

Un mapa de peligros volcánicos constituye un documento que muestra las zonas de posible afectación por los fenómenos volcánicos asociados a la actividad de un volcán específico. Los fenómenos volcánicos más comunes generados por los volcanes de la Sierra ecuatoriana son: caídas de cenizas y proyectiles balísticos, flujos piroclásticos, flujos de lava, flujos de lodo o lahares, avalancha de escombros, emisión de gases y actividad sísmica. Para elaborar un mapa de peligros se requiere trabajo de campo para comprobar y mapear la presencia de depósitos de los fenómenos en el terreno y determinar el alcance de los mismos. Por tal razón se estudian los vestigios de los fenómenos para conocer su magnitud en determinados sitios y se estima la frecuencia de las erupciones por medio de información obtenida en registros históricos y/o dataciones radiométricas. Finalmente, se emplearon programas computacionales para modelar los fenómenos en un modelo digital de terreno (MDT) que muestra el volcán y sus zonas de influencia.

 2.1 Gases Volcánicos

Antes, durante y después de una erupción, los volcanes emiten cantidades importantes de gases, siendo en su mayoría vapor de agua, al cual se pueden sumar ciertas concentraciones de CO ₂  (dióxido de carbono), SO ₂  (dióxido de azufre) y H ₂ S (ácido sulfhídrico) entre otros. El contacto directo con altas concentraciones de gases volcánicos puede provocar irritación en los ojos y el sistema respiratorio de personas y animales e incluso la destrucción de la vegetación. Ciertos gases volcánicos pueden reaccionar con el agua de la atmósfera y formar compuestos ácidos que pueden llegar a la formación de lluvias ácidas altamente corrosivas (Figura 7).

2.2 Caídas de Piroclastos (ceniza, lapilli y bloques)

Durante las erupciones volcánicas los gases y materiales piroclásticos (tefra, fragmentos de roca, piedra pómez, cascajo) son expulsados desde el cráter y forman parte de la columna eruptiva que puede alcanzar varios kilómetros de altura y sostenerse por minutos u horas. Los fragmentos más grandes siguen trayectorias balísticas y caen cerca del cráter. En cambio, las partículas pequeñas suben a mayor altura y son llevadas por el viento. La caída de ceniza puede alcanzar lugares lejanos, cubriendo áreas muy extensas y dejando una capa de varios milímetros o centímetros de espesor. Este fenómeno tiene impacto directo sobre la agricultura, ganadería y reservorios de agua. También puede generar problemas respiratorios en las personas y animales, y en caso de acumularse en gruesos espesores puede provocar el colapso de techos de viviendas con mala calidad de construcción. Alrededor del Volcán Guagua Pichincha se encuentran depósitos piroclásticos de caída, varios de ellos relacionados a la actividad volcánica histórica. Por ello, no se descarta la presencia de dicho fenómeno en caso de una nueva reactivación del volcán (Figura 8).

 2.3 Flujos Piroclásticos (Nubes Ardientes)

Son mezclas muy calientes (>500 °C) de gases, ceniza y fragmentos de roca que descienden por los flancos del volcán a velocidades entre 50-150 km/h. Suelen ocurrir en erupciones altamente explosivas, arrasando y quemando todo a su paso. Estos flujos constan de una parte inferior, muy rica en materiales sólidos que se desplaza por el fondo de los valles, y un parte superior mucho más diluida y pobre en materiales sólidos (Figura 9). Se encuentran depósitos de flujos piroclásticos principalmente en los sectores occidentales del Guagua Pichincha. Los asentamientos cercanosa los Ríos Cristal-Cinto, y la poblaciones de Urauco, San José del Cinto, Hda. La Palmira y en el peor de los casos, Lloa y el valle del Río Mindo; son las más cercanas al cráter y por lo tanto están potencialmente expuestas a este fenómeno. Los depósitos de los flujos se encuentran hasta 24 km desde el cráter y en las orillas del Río Cinto (Figuras 6).

Los flujos de lava son derrames de roca fundida o parcialmente fundida de alta temperatura (750 - 1100 °C), originados en un cráter o en fracturas en los flancos del volcán y que han perdido la mayor parte de los gases disueltos del magma. Los flujos descienden por los flancos y las quebradas del cono a velocidades relativamente bajas generalmente controladas por la pendiente. Dada la composición química de los magmas recientes del Volcán Guagua Pichincha, es muy poco probable que en una próxima erupción de este volcán se generen flujos de lava. Los domos son acumulaciones de lava viscosa, mayormente desgasificada, que pueden formarse en el cráter, en fisuras ubicadas en la cumbre o en los flancos superiores del volcán. En el cráter del Volcán Guagua Pichincha se puede apreciar el último domo de lava (No. 9) formado en el año 2001 (Figura 1), cuya morfología es aproximadamente circular en vista aérea. Los domos anteriores colapsaron y generaron flujos piroclásticos que descendieron por el Río Cristal (Figura 6).

Son mezclas muy calientes (>500 °C) de gases, ceniza y fragmentos de roca que descienden por los flancos del volcán a velocidades entre 50-150 km/h. Suelen ocurrir en erupciones altamente explosivas, arrasando y quemando todo a su paso. Estos flujos constan de una parte inferior, muy rica en materiales sólidos que se desplaza por el fondo de los valles, y un parte superior mucho más diluida y pobre en materiales sólidos (Figura 11). Se encuentran depósitos de flujos piroclásticos principalmente en los sectores occidentales del Guagua Pichincha. Los asentamientos cercanosa los Ríos Cristal-Cinto, y la poblaciones de Urauco, San José del Cinto, Hda. La Palmira y en el peor de los casos, Lloa y el valle del Río Mindo; son las más cercanas al cráter y por lo tanto están potencialmente expuestas a este fenómeno. Los depósitos de los flujos se encuentran hasta 24 km desde el cráter y en las orillas del Río Cinto (Figura 6).

2.6 Flujos de Lodo y Escombros (Lahares)

Los lahares son mezclas de materiales volcánicos sueltos (rocas, piedra pómez, cascajo, ceniza) con agua proveniente de un río, fuertes lluvias, fusión de un casquete glacial o por la ruptura de un lago ubicado en el cráter. Los lahares fluyen ladera abajo por la fuerza de la gravedad siguiendo los drenajes naturales a velocidades de 10-70 km/h. La gran cantidad de material suelto dejado por erupciones pasadas es fácilmente removible por lluvias intensas y/o sismos y han provocado la ocurrencia de lahares secundarios en el Volcán Guagua Pichincha. Los lahares pueden generarse en los drenajes principales como los Ríos Cristal-Cinto, Pichán, Mindo y Nambillo; además en las quebradas principales, Rumiurcu y Rumipamba que desembocan en la cuenca de Quito; estas dos tienen sus cabeceras en la zona alta donde pueden acumularse caídas de ceniza que podrían removilizarse por fuertes lluvias (Figura 12).

Para el Volcán Guagua Pichincha se presentan tres escenarios eruptivos ante una posible actividad eruptiva. Los datos utilizados en la elaboración de los escenarios están basados en los tipos de erupciones que podrían originarse en el volcán (dinamismos eruptivos), la magnitud de sus erupciones y distribución de los productos volcánicos en el pasado, de los estudios de campo y de los resultados del modelamiento computarizado que permiten simular los fenómenos más representativos. Para la definición de los escenarios eruptivos más probables se escogieron tres erupciones representativas de los diferentes tipos de actividad eruptiva que este volcán ha experimentado: 1) la erupción prehistórica del Siglo X, 2) la  erupción histórica del año 1660 y 3) la erupción más reciente del año 1999-2001.

Erupción de 1999-2001: Generó flujos piroclásticos restringidos al flanco occidental (Río Cristal) los mismos que no fueron percibidos por la población quiteña. Al contrario de las caídas de ceniza que a pesar de ser mínimas (1mm de espesor) afectaron a la población e infraestructura.

 Erupción de 1660: La cobertura de flujos piroclásticos fue restringida a los flancos occidental (Río Cristal-Cinto) y norte (Río Mindo). Las caídas de ceniza (4 cm de espesor) afectaron fuertemente el Quito de esa época y lo dejó en la oscuridad por aproximadamente 40 horas.

 Erupción del Siglo X: Depósitos de flujos piroclásticos han sido mapeados hasta 24 km aguas abajo del cráter en el Río Cristal-Cinto y también en el flanco norte por el Río Pichán, y por el Río Mindo hasta dejar depósitos a 6 km aguas arriba de Mindo (color amarillo en el mapa). Depósitos de lahares secundarios se encuentran en la cuenca de Quito en los abanicos de las Quebradas Rumipamba, Rumiurcu, Pichán del sector de Nono, y los ríos principales del  flanco Noroccidental. Se calcula que el colapso de la columna eruptiva fue desde una altura de ~1000 m sobre el domo. Las caídas de pómez y líticos tuvieron un alcance muy amplio hacia al noroccidente y occidente. En el centro de Quito su espesor llega hasta 12 cm, en San Rafael 6 cm y en Pomasqui varía entre 6 y 8 cm. En las cercanías de El Refugio del Volcán Guagua Pichincha los espesores sobrepasan 40 cm y el diámetro de las pómez supera 10 cm.

Para definir los límites de las zonas que podrían ser potencialmente afectadas por este tipo de flujos, se realizaron los controles de campo respectivos y se utilizaron dos metodologías, empleadas en otros volcanes del mundo para elaborar mapas de peligros volcánicos. La primera metodología consiste en aplicar el concepto de “cono de energía” del programa LAHARZ (Iverson et al., 1998; Schilling, 1998) y la segunda en utilizar el simulador digital VolcFlow (Kelfoun y Druitt, 2005). El método del “cono de energía”, considera que el alcance horizontal (L) de un flujo piroclástico es función de la diferencia de alturas (H) entre el punto de origen y el punto donde se detuvo el flujo. Así la relación H/L corresponde a una medida de la movilidad del flujo. La intersección entre el cono de energía y la topografía define la superficie que podría ser potencialmente afectada por flujos incandescentes. Para el caso del Volcán Guagua Pichincha se determinaron conos de energía para cada escenario descrito anteriormente. El H/L utilizado para el modelamiento fue de 0,2021.

El modelo numérico VolcFlow toma en cuenta las propiedades reológicas del flujo (cohesión, densidad, viscosidad), así como su volumen, el punto de origen y el tiempo en el cual ocurre dicho flujo. Para el caso del Volcán Guagua Pichincha se utilizó un modelo digital del terreno (MDT) de 3 m de resolución y se asumió que los parámetros reológicos son similares a otros volcanes de la Sierra como el Tungurahua. Con esta información se procedió a realizar las simulaciones para cada uno de los escenarios previamente definidos. En el mapa principal se presentan las zonas potencialmente afectadas por flujos piroclásticos para los tres escenarios considerados

Para definir las zonas que podrían ser afectadas por posibles caídas de piroclastos del Volcán Guagua Pichincha se utilizó el modelo numérico: “Ash3d” Modelo Atmosférico Euleriano de Transporte, Dispersión y Depositación de Tefra (Mastin et al., 2012). Las simulaciones están basadas principalmente en algunos parámetros propios de una erupción (altura de la columna eruptiva, volumen de magma, duración de la erupción) y en la distribución estadística de los perfiles de vientos. Posteriormente estos resultados se trataron con un algoritmo que permite definir áreas probabilisticas de afectación (Pavón et al., 2019).

Los datos de entrada para las simulaciones fueron inferidos de las descripciones de Robin et al. (2008) y a partir de los datos obtenidos durante la erupción de 1999, (de manera similar a las simulaciones de los flujos piroclásticos), mientras que los perfiles de vientos fueron tomados del Sistema Global de Pronóstico de la NOAA. Tres escenarios eruptivos fueron considerados en base de la actividad histórica recurrente del volcán Guagua Pichincha, en los cuales se pudieron definir rangos de alturas de la columna eruptiva entre 16 y 26 km sobre el nivel del mar y de volúmenes de magma (Dense Rock Equivalent) entre 0,005 y 0,375 km3.

El mapa abajo muestra las probabilidades para la caída de ceniza de una potencial erupción del volcán Guagua Pichincha para el escenario de 1660 y una caída de 1 mm de espesor. No obstante con un clic en el mapa tiene el resultado de las probabilidades para diferentes espesores, los potenciales valores máximos, mínimos y algunos cuantiles. El mapa es el resultado de 120 simulaciones de caídas de ceniza simuladas en un periodo de 10 años en los diferentes meses del año, donde cambia la dirección de los vientos.

El volcán Guagua Pichincha puede observarse desde la ciudad de Quito con una población de 1760293 habitantes según el censo 2021, parte de la ciudad podría verse afectada por flujos de lahares en los que habitan 280766 personas y por caidas de ceniza que no se muestran en el mapa a continuación.

A más de Quito, estan tres poblaciones: LLoa con 984 personas , Nono con 364 y Mindo con 1823. En los sectores que se intersecan total o parcialmente la población es de 288677 personas, existen 125644 casas y departamentos, 6926 viviendas de otro tipo (ranchos, covachas, chosas, cuartos) y 313 viviendas de tipo colectivo (hospitales, conventos, iglesias, cuarteles, ...), la población con servicios básicos es de 279444 (en 101838 viviendas).

En el mapa usted puede, con clic en los polígonos, consultar los datos de población y vivienda de los poblados y los sectores censales.