Vulcanología : invento de una nariz electrónica capaz de oler los gases.
Jorge Andrés Díaz
Físico y vulcanólogo, experto en detección de erupciones
Terapia preventiva
Jorge Andrés Díaz en su laboratorio del Centro de Alta Tecnología de San José (Costa Rica) con su invento, el espectrómetro de masas para el análisis de emisiones volcánicas, una nariz electrónica capaz de oler los gases.
Cuando huele a helio, el volcán está a punto de entrar en erupción
Doctor en Física por la Universidad de Minnesota, el costarricense de 35 años Jorge Andrés Díaz ha revolucionado la vulcanología con su espectrómetro de masas de bolsillo, un invento que le ha valido el reconocimiento de la comunidad científica. Este pequeño aparato permite detectar la composición química de los gases presentes en el entorno de un volcán y predecir posibles erupciones.
A 3.300 metros de altura, en pleno cráter del volcán Turrialba de Costa Rica, un instrumento único en su género hace posible lo que hasta el momento no se había logrado en geología: determinar, in situ, la concentración y composición química de los gases tóxicos que exhala un volcán semidormido, lo cual permitirá predecir posibles erupciones futuras con tiempo suficiente para declarar una emergencia y evacuar a la población de la zona. El aparato, conocido como Avems (aircraft-based volcanic emission mass spectrometer), es el prototipo de espectrómetro de masas más pequeño que existe en el mundo y ha sido diseñado por el físico costarricense Jorge Andrés Díaz, del Centro Nacional de Alta Tecnología de Costa Rica (CENAT) con apoyo de científicos del Centro Espacial Kennedy.
El éxito obtenido con su invento, que le ha valido el reconocimiento de la comunidad científica y ha despertado el interés de la NASA, ha empujado a Díaz a trabajar en un prototipo de sensor aún más pequeño y compacto con vistas a su aplicación en el espacio, que podría mejorar el actual sistema de análisis de gases tóxicos dentro del transbordador espacial. El desarrollo de estos espectrómetros, que funcionan como nariceselectrónicas, son parte de un megaproyecto entre Costa Rica y la NASA bautizado como Carta. Su objetivo es sobrevolar y husmear hasta el último centímetro del territorio costarricense para escanearlo palmo a palmo con seis sensores hiperespectrales y cámaras infrarrojas de altísima resolución que pueden revelar importantes datos aplicables en estudios de medio ambiente, arqueología y otros campos científicos.
La corresponsal de MUY, Ángela Posada-Swafford, acompañó a Jorge Andrés Díaz en varias de las misiones de Carta que culminaron con un ascenso al volcán Turrialba para medir su estado de ánimo actual y poner a prueba las cualidades del espectrómetro Avems.
El aumento en la concentración de gases en el Turrialba, que no rugía desde 1866, indica actividad inminente
¿Qué indican los gases sobre el genio de un volcán?
Las concentraciones de dióxido de carbono, dióxido de azufre y sulfuro de hidrógeno son como un termómetro que marca la temperatura del volcán, pero el factor clave es el helio, un gas muy importante porque sólo proviene de la degasificación del magma. Si está presente en la muestra obtenida, significa que el magma está fluyendo a la cámara magmática.
¿Es ése el momento en que hay que salir corriendo?
Un catador muy fino
El espectrómetro de masas mide con gran precisión los diferentes elementos químicos e isótopos atómicos presentes en un medio; por ejemplo, puede determinar la cantidad y composición de partículas que hay en una muestra de aire.
Exactamente. Pero tranquila, que no veo rastros de helio en esta muestra.
Pero el Turrialba está despertando, porque el suelo está caliente...
Sí. El Turrialba ha experimentado seis grandes erupciones en los últimos 3.500 años. Y aunque la más reciente tuvo lugar en 1866, estamos convencidos de que la próxima es sólo cuestión de tiempo. De hecho, ya ha comenzado a dar muestras de vida, por eso venimos hasta el cráter con frecuencia y hemos visto aumentos en las concentraciones de los gases tóxicos que mencionábamos anteriormente. Esos gases son por lo general invisibles, lo cual representa una amenaza para los montañeros que se acercan a calentarse junto a las fumarolas, ya que cuando una fumarola grande produce cantidades importantes de dióxido de carbono, éste desplaza al oxígeno, con consecuencias que pueden ser fatales. Por eso usamos estas mascarillas para filtrar el aire.
¿Qué es lo que hace exactamente el espectrómetro Avems?
- Es un sensor ultrasensible que detecta la presencia y composición química de las partículas en el aire y su concentración. El estudio de Carta es el primero en el mundo en tomar muestras y analizar gases volcánicos en su estado químico natural en el momento en que están aflorando a la atmósfera. Esto es clave por varios motivos: primero, porque la concentración de las emisiones volcánicas en el aire varía constantemente y, si los gases no se miden cuando están saliendo de la tierra, los resultados que podamos obtener serán diferentes a medida que se vayan disolviendo en el aire; y segundo, porque los gases son el primer indicador del estado de ánimo de un volcán.
¿Qué ventajas tiene el hecho de contar con el espectrómetro de masas más pequeño que existe?
¡Y con el de la próxima generación, que ya estamos terminando, que será aún más pequeño! Por lo general estos aparatos miden varios metros de largo y de ancho, mientras que el nuestro ¡es portátil! Lo podemos transportar al cráter del volcán en una mochila, lo hemos llevado constantemente en la avioneta con la que sobrevolábamos los cráteres, lo cual no es factible con un espectrómetro convencional.
¿Cómo será el siguiente miniespectrómetro?
El próximo va a ser del tamaño de un transistor o de una agenda electrónica, un aparato muy ligero que podemos guardar casi en el bolsillo o amarrado a la cintura. La idea es instalar varios espectrómetros en distintos puntos de los cráteres costarricenses Costa Rica es uno de los países del mundo con mayor cantidad de volcanes por kilómetro cuadrado para poderlos supervisar en tiempo real desde un ordenador a larga distancia. Así podríamos disponer de una red volcánica que detecte las emisiones de gases al momento, igual que hacen las redes sísmicas con los temblores de tierra.
En el país de las montañas de fuego
El Turrialba arriba es uno de los más de 60 volcanes de Costa Rica, de los que nueve están activos. Jorge Andrés Díaz se propone establecer una red de sensores que controle la actividad de todos ellos.
¿Qué otras aplicaciones comerciales o científicas podría tener el Avems o sus sucesores?
Aún no existen aplicaciones comerciales, pero llegarán. Estos sensores miniaturizados serían muy útiles en la industria de los semiconductores, de la automoción, de la refrigeración, en análisis de sangre o para controlar la calidad del aire de una oficina. Son sistemas portátiles y manejables, y además permiten analizar a fondo la composición de los gases y partículas atmosféricas.
Los astronautas usarán el espectrómetro para detectar y controlar las emisiones tóxicas en el transbordador espacial
¿Es verdad que se van a utilizar en los programas espaciales?
Sí. El Avems y su sucesor son los primeros pasos hacia un sistema avanzado capaz de detectar las emisiones tóxicas provenientes de los motores principales o de otros compartimientos que puedan filtrarse a la cabina de la tripulación de los transbordadores espaciales. El único espectrómetro de masas existente que realiza actualmente este trabajo es tan voluminoso que no cabe dentro del transbordador y tiene que colocarse fuera de la nave, sobre la plataforma de despegue. Eso significa que entre la fuente de emisión de gas y el aparato detector hay cientos de metros de cables, de forma que el gas es detectado muchos segundos después de haber entrado en acción, lo cual puede resultar dramático durante una emergencia. En cambio, un espectrómetro pequeño localizado en el mismo compartimento que los astronautas ofrecería a éstos una protección mucho mayor.
¿Por eso está la NASA colaborando con su laboratorio?
Sí, ésa es una de las razones; el trabajo actual forma parte del megaproyecto Carta 2005, dirigido a estudiar minuciosamente y obtener una radiografía completa del terreno de Costa Rica. En 2003 acabamos la primera fase y ahora hemos completado la segunda, consistente en observar el subsuelo, el suelo y también lo que hay en el aire usando una serie de sensores remotos, entre ellos el espectrómetro de masas desarrollado por nosotros. La NASA quería probar esas tecnologías en un ecosistema tropical, y como EE UU ya no dispone de base de operaciones en Panamá nosotros les ofrecimos Costa Rica como posible sede para estudios científicos tropicales. En 2001 aceptaron la propuesta.
Arriba, algunos de los gases que salen en cantidades abundantes a la atmósfera desde el interior de la tierra durante la actividad volcánica.
¿Cuál fue la aportación de su país en el proyecto?
Costa Rica tuvo que invertir 500.000 euros en la construcción de un hangar adecuado en el aeropuerto de San José capaz de alojar el WB57-F, una sofisticada aeronave de la NASA que se empleó para llevar a cabo la mayoría de las mediciones de Carta. Es un antiguo avión de espionaje y reconocimiento fotográfico que puede alcanzar los 20.000 metros de altitud en vuelo, con compartimentos presurizados y no presurizados en todo el fuselaje para guardar instrumentos. El hangar también cuenta con laboratorios de preprocesamiento de imágenes y logística de operaciones, lo cual nos permite realizar nuestros propios experimentos. Todo ello influyó para que la NASA se decidiera por Costa Rica.
¿Con qué instrumentos contaron para poder hacer unas mediciones tan precisas como las de la última misión Carta?
Aparte de fotografiar el terreno con mucho detalle, pretendíamos verlo con algún objetivo de gran alcance que nos revelara lo que no se observa a simple vista. Tomamos 8.000 fotografías con una cámara Leica RC-30 de gran formato (228 milímetros), y también con una Hasselblaad digital de alta resolución. Además usamos un sensor multiespectral capaz de ver la luz en longitudes de onda invisibles para el ojo humano, como por ejemplo el infrarrojo, que detecta el calor que emiten los cuerpos incluso cuando están bajo tierra. Gracias a otro tipo de sensor pudimos obtener la imagen de una misma área en 126 bandas diferentes del espectro electromagnético, con una precisión que revela los detalles más recónditos del paisaje y permite distinguir si lo que hay en el suelo es hierba, madera, hormigón, agua o algún metal.
Hemos registrado los seísmos y los desplazamientos de lava del pasado que podrían repetirse en el futuro
¿Qué conclusiones han sacado sobre el territorio de Costa Rica?
Hemos cartografiado los tipos de suelo que hay en cada zona y registrado las fallas y los corrimientos de tierra que han ocurrido en el pasado y que podrían ocurrir en el futuro y el desplazamiento de la lava volcánica a través de los años. También pudimos distinguir los tipos de plantas que hay en cada región y hasta objetos hechos por el hombre, como antiguos caminos arqueológicos. Yo diría que Costa Rica dispone ahora del estudio más completo de su territorio entre las naciones latinoamericanas.
¿Ya han empezado a utilizar esa información en proyectos específicos?
En cada vuelo se recolectaron 12 gigabites de información por instrumento, una enorme cantidad de datos que nos ha permitido iniciar decenas de estudios, que van desde vulcanología hasta uso de suelos, análisis atmosféricos, estudio de cuencas hidrográficas, prevención de desastres, actualización de cartografía, arqueología y una larga lista de temas de impacto medioambiental y cambio climático global. En vulcanología, por ejemplo, estamos haciendo maquetas tridimensionales que nos permiten introducir elementos que son casi imposibles de describir en un mapa plano, y estamos estudiando cuál sería el movimiento exacto de la lava en caso de una erupción. En otro orden de cosas, mediante un altímetro que envía pulsos de rayos láser a las copas de los árboles, estamos tratando de determinar el espesor de la capa vegetal; el objetivo es averiguar si los árboles están absorbiendo o liberando carbono, y en qué cantidades, un análisis de extrema importancia en investigaciones sobre el calentamiento global. El creador de este instrumento fue Brian Blair, del Centro Espacial Goddard, que también desarrolló el altímetro que actualmente vuela sobre Marte.
¿Tiene la NASA más proyectos en Costa Rica?
Carta es un proyecto mayormente costarricense, concebido y propuesto por nosotros, con la participación de 25 instituciones nacionales, pero la NASA proyecta otros estudios sobre análisis de la troposfera, formación de huracanes y destrucción de la capa de ozono, entre otros.
Y mientras tanto, su propia tecnología, con el miniespectrómetro de masas a la cabeza, está a punto de salir al espacio...
Sí, igual que en Star Trek.
Fuente: Revista Muy Interesante
Ángela Posada-Swafford.
29 comentarios
sindi -
romina -
mafer -
Anónimo -
carlos -
Anónimo -
-.- -
xbox marikones pero no jodan estos foros -.-""
rich -
Anónimo -
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manuel -
marisa -
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jordan moreira -
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evelyn -
sho soi sho -
no los voi a putear..
jeje!!
pero pongan mas fotos vite..
bue me voi
chao..
besos
sho soi sho..
viviana -
juan manuel -
Anónimo -
Eder -
sirenita -
endrina bracho -