XIIIº Congreso Latinoamericano de Geología METODOLOGÍA PARA ANALIZAR LA EVOLUCIÓN DE LOS GLACIARES DEL COMPLEJO VOLCÁNICO NEVADO COROPUNA (15º31’S 72º39ºO, 6.377 m) EMPLEANDO SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA Y DATACIONES ABSOLUTAS OBTENIDAS POR MÉTODOS COSMOGÉNICOS (36Cl) Jose Úbeda Palenque1,3, David Palacios Estremera1 y Lorenzo Vazquez Selem2 1Departamento de Análisis Geográfico Regional y Geografía Física. Universidad Complutense de Madrid 2Instituto de Geografía. Universidad Autónoma de México joseubeda@ghis.ucm.es XIIIº Congreso Latinoamericano de Geología Lima (Perú), 29 de septiembre - 3 de octubre de 2008

SUMARIO: INTRODUCCIÓN. OBJETIVOS. METODOLOGÍA. RESULTADOS. CONCLUSIONES. PERSPECTIVAS FUTURAS DE LA INVESTIGACIÓN.

1. INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN: Localización del Nevado Coropuna El complejo volcánico Nevado Coropuna es el centro activo más septentrional de la Zona Volcánica Central de los Andes Centrales.

INTRODUCCIÓN: tres razones para estudiar el Nevado Coropuna 1.1. RESERVA HÍDRICA Es una reserva hídrica estratégica para la supervivencia de decenas de miles de personas que se concentran en el fondo de los valles que disectan el altiplano y la rampa

1.2. RIESGO = AMENAZA + VULNERABILIDAD INTRODUCCIÓN: tres razones para estudiar el Nevado Coropuna 1.2. RIESGO = AMENAZA + VULNERABILIDAD (volcán latente + glaciar + desnivel) (patrón del poblamiento)

INTRODUCCIÓN: tres razones para estudiar el Nevado Coropuna 1.3. GEOINDICADOR DEL CAMBIO CLIMÁTICO A ≠ ESCALAS · Decenas de años o siglos (estudiando la evolución reciente de los glaciares) · Miles o decenas de miles de años (estudiando la evolución de los paleoglaciares)

2. OBJETIVOS

2. OBJETIVOS: de la investigación en el Nevado Coropuna 2.1. Analizar la evolución reciente de todo el sistema glaciar, cuantificando superficies y altitudes de la línea de equilibrio (ELAs) desde mediados del siglo XX. 2.2. Seleccionar un grupo piloto de glaciares, cuantificando superficies y ELAs desde mediados del siglo XX, durante su último avance, en la Pequeña Edad del Hielo (PEH), y durante su último máximo avance (último máximo glacial o LGM). 2.3. Determinar la cronología absoluta y la depresión de la ELA de los glaciares del grupo piloto durante el último máximo avance. 2.4. Empleando como geoindicadores las superficies y ELAs de los glaciares del grupo piloto, establecer tasas de deglaciación de las masas de hielo y modelizar su evolución probable en diferentes escenarios de futuro. 2.5. Realizar una evaluación preliminar de la amenaza hidrovolcánica estableciendo la cronología absoluta de las emisiones de lava con aspecto más reciente, que fueron cartografiadas y georeferenciadas en trabajos anteriores (Úbeda, 2007).

Concepto de ELA (Equilibrium Line Altitude)

3. METODOLOGÍA

3. METODOLOGÍA: 3.1. En primer lugar se integraron en un sistema de información geográfica (SIG), las siguientes bases: Topografía digital equidistancia = 50 m. Modelo digital del terreno (MDT). Ortofotos (fotografías aéreas de 1955 y 1986). Imagen del satélite ASTER (2007). - Cartografía geomorfológica del complejo volcánico, elaborada en una etapa anterior de la investigación (Úbeda, 2007; Úbeda 2006). Con esas bases se delimitaron los glaciares en 2007, 1986 y 1955, utilizando las ortofotos y la imagen ASTER, y los paleoglaciares en la Pequeña Edad del Hielo (PEH) y en el último máximo glacial (LGM), empleando la cartografía geomorfológica.

3. METODOLOGÍA: 3.2. En segundo lugar se reconstruyó la altitud de la línea de equilibrio de los glaciares utilizando el método Área x Altitude Balance Ratio (AABR), suficientemente explicado en Osmaston (2005). El método se desarrolla en dos fases (I y II): La FASE I se realiza en cuatro etapas: 1. Delimitación y cálculo de superficie de las bandas altitudinales del glaciar 2. Estimación de la ELA por el método Área x Altitude (AA), ampliamente utilizado en este tipo de trabajos (Furbish & Andrews, 1984; Kaser & Osmaston, 2002; Kurowski, 1891; Osmaston, 1965; Osmaston, 1975; Osmaston, 1989; Osmaston, 2005; Sissons, 1974; Sissons, 1980). El método AA se basa en la aplicación de la ecuación: ELA=Z•A/A donde Z es la altitud media y A el área de cada intervalo altitudinal. 3. Introduciendo diferentes valores de Balance Ratio* (BR) en una hoja de cálculo previamente programada, se estima el balance de masa para todo el glaciar y se obtiene el valor de la altitud donde el balance de masa es cero (ELA). 4. Construcción de una base de datos con las series de valores de ELAs y sus correspondientes valores de BR. *BR expresa la inflexión en la curva del balance de masa del glaciar (gradiente de ablación/gradiente de acumulación).

3. METODOLOGÍA: En la FASE II los valores de las ELAs se tabulan en series vinculadas con un mismo valor de BR, se calculan automáticamente los promedios y las desviaciones típicas de cada serie, y se selecciona el valor de ELA con el promedio que presenta una desviación típica más reducida, por considerar que es el más probable (Osmaston, 2005).

Td(S)=S/Rango Td(ELA)=ELA/Rango 3. METODOLOGÍA: 3.3. En tercer lugar se definieron las tasas de deglaciación (Td), empleado como geoindicadores las superficies (S) y las ELAs de los glaciares del grupo piloto, dividiendo sus valores por el número de años de cada serie (Rango), según expresan las ecuaciones que se indican: Td(S)=S/Rango Td(ELA)=ELA/Rango 3.4. En cuarto lugar se dedujeron los pronósticos sobre cuando se produciría la desaparición completa de las masas de hielo (Horizonte 0), en tres hipotéticos escenarios de futuro, en función de si se reprodujesen tasas de deglaciación como las observadas entre 1986 y 2007 (Escenario 1), entre 1955 y 2007 (Escenario 2) o con un incremento de tasa como el observado entre los escenarios 1 y 2. Con este fin se utilizaron las ecuaciones que se indican: H0=(S2007/TdS)+2007, cuando el geoindicador fue la variación de la superficie H0=(D2007/TdELA)+2007, cuando el geoindicador fue la variación de la ELA Siendo: H0 - año en que se produciría la desaparición del glaciar S2007 - superficie del glaciar en 2007 (Km2) TdS - tasa anual de deglaciación o reducción anual de S (Km2/año) D2007 - desnivel entre el valor de la ELA en 2007 y la cota máxima del grupo de glaciares (m) TdELA - tasa anual de deglaciación o incremento anual de la ELA (m/año).

3. METODOLOGÍA: 3.5. Finalmente, se determinaron las cronologías absolutas del último máximo avance glaciar y las últimas emisiones volcánicas del complejo volcánico Nevado Coropuna. Con este fin se muestrearon formas morrénicas atribuidas al último máximo avance de las masas de hielo y los flujos de lava que fueron emitidos durante la última erupción observada. Por su aspecto reciente, por encauzarse en el interior de valles glaciares y por encontrarse afectadas por la acción de las masas de hielo exclusivamente durante su último avance (PEH), a esas lavas les había sido atribuida una edad holocena (Úbeda, 2007; Úbeda, Alcalá & Palacios, 2006; Úbeda, Alcalá, Thouret & Palacios, 2005). Las dataciones se realizaron con técnicas cosmogénicas, empleando isótopos del cloro (36Cl).

4. RESULTADOS La metodología explicada ha arrojado los siguientes resultados: - Superficies del sistema glaciar (2007, 1986 y 1955). - Superficies y ELAs de los glaciares del grupo piloto (2007, 1986, 1955, PEH y LGM). - Cronología y contextualización paleoclimática del último máximo avance glaciar. - Tasas de deglaciación y pronósticos de futuro empleando como geoindicadores Superficies ELAS

4. RESULTADOS: 4.1. Superficies del sistema glaciar (2007, 1986 y 1955)

Localización de las quebradas LGM del sector NE (modelo 3D) 4. RESULTADOS: Presentación de los glaciares y paleoglaciares del grupo piloto Localización de las quebradas LGM del sector NE (modelo 3D)

4. RESULTADOS: Presentación de los glaciares y paleoglaciares del grupo piloto Queñua Ranra 5 Queñua Ranra 3 Santiago 2 Santiago 1 Queñua Ranra 4 Queñua Ranra 2 Queñua Ranra 1 Localización de los glaciares actuales del sector NE (fotografía de campo)

Localización de las quebradas LGM del sector SE (modelo 3D) 4. RESULTADOS: Presentación de los glaciares y paleoglaciares del grupo piloto Localización de las quebradas LGM del sector SE (modelo 3D)

4. RESULTADOS: Presentación de los glaciares y paleoglaciares del grupo piloto Buena Vista E 4 Buena Vista E 1 Buena Vista O 2 Cospanja 1, 2 y 3 Huasi 1 Buena Vista E 2 Buena Vista O 1 Buena Vista E 3 Huasi 2 Localización de los glaciares actuales del sector SE (fotografía de campo)

4. RESULTADOS: 4.2. Superficies de los glaciares del grupo piloto

4. RESULTADOS: 4.3. ELAs 2007-PEH de los glaciares del grupo piloto Cartografía de los glaciares de los sectores NE y SE (2007, 1986, 1955 y PEH), indicando los límites de los glaciares (líneas azules) y las ELAs (líneas rojas).

4. RESULTADOS: 4.4. ELAs LGM de los paleoglaciares del grupo NE ELA AABR LGM (m) 5.168 (~17 36Cl Ka) ELA (m) 782 m

4. RESULTADOS: 4.4. ELAs LGM de los paleoglaciares del grupo SE ELA AABR LGM (m) 4.951 (datación pendiente) ELA (m) 911 m

4. RESULTADOS: 4.5. Contextualización paleoclimática de las fechas 36Cl

4. RESULTADOS: ESCENARIO 1 1986-2007 ESCENARIO 2 1955-2007 4.6. Tasas de deglaciación y pronósticos de futuro empleando como geoindicador la superficie: ESCENARIO 1 1986-2007 ESCENARIO 2 1955-2007 ESCENARIO 3  TASA E1 - E2

4. RESULTADOS: Año H0 4.7. Tasas de deglaciación y pronósticos de futuro empleando como geoindicador la ELA (NE): Santiago 1 2125 Santiago 2 2073 Q Ranra 1 2071 Q Ranra 2 2044 Q Ranra 3 2072 2109 Q Ranra 4 Q Ranra 5 2112

4. RESULTADOS: Año H0 4.7. Tasas de deglaciación y pronósticos de futuro empleando como geoindicador la ELA (SE): Cospanja 1 2185 Cospanja 2 2185 Cospanja 3 2146 Buena Vista E 1 2157 Buena Vista E 2 2154 Buena Vista E 3 2153 Buena Vista E 4 2145 Buena Vista O 1 2145 Buena Vista O 2 2129 Huasi 1 2148 Huasi 2 2129

4. RESULTADOS: NE (~2 36Cl Ka) SE (laboratorio) 4.7. Cronología de las últimas emisiones de lava:

5. CONCLUSIONES

5. CONCLUSIONES: 5.1. El ensayo del método propuesto ha permitido modelizar la evolución de los glaciares utilizando como geoindicadores las variaciones de sus superficies y ELAs. 5.2. Los resultados del análisis a escala global son sólo una aproximación preliminar al problema. 5.3. El análisis en detalle de los glaciares del grupo piloto ha permitido obtener resultados más precisos. 5.4. Los resultados constituyen el análisis más detallado de la evolución de los glaciares del Nevado Coropuna realizado hasta ahora, incluyendo las primeras estimaciones sobre la cronología (~17 36Cl Ka BP) y la depresión de la ELA (~782-911 m) en la cordillera occidental de los Andes Centrales durante el LGM. 5.5. Los pronósticos sobre el retroceso de los glaciares en el futuro, el interés en el conocimiento de su evolución en el pasado y la cronología absoluta de la última fase de actividad volcánica (~2 36Cl Ka BP) sugieren la necesidad de profundizar en el conocimiento de la evolución del complejo volcánico y el sistema glaciar del Nevado Coropuna.

6. PERSPECTIVAS FUTURAS DE LA INVESTIGACIÓN

6. PERSPECTIVAS FUTURAS DE LA INVESTIGACIÓN 6.1. Ampliar el registro de dataciones cosmogénicas (36Cl) procesando las muestras de formas volcánicas y glaciares recogidas en 2006 y otras nuevas que están siendo recolectadas en la campaña de 2008 en las quebradas vinculadas con los glaciares de los grupos NE y SE. 6.2. Establecer el gradiente térmico altitudinal actual y determinar su relación con las ELAs, utilizando los registros de la red de termómetros de aire y suelo instalados en los Nevados Chachani y Misti (desde 2004), así como en el Nevado Coropuna, en las quebradas de Queñua Ranra (desde 2007) y Cospanja (cuya instalación está prevista en octubre de 2008). 6.3. Establecer los gradientes altitudinales de paleotemperaturas en todas las fases. 6.4. Modelizar forzamientos climáticos (climate forcings) que sirvan como instrumento para deducir pronósticos de futuro en los escenarios de calentamiento global elaborados por los modelos del Panel Intergubernamental para el Cambio Climático (IPPC). MUCHAS GRACIAS

7. REFERENCIAS Fritz, S.C. et al., 2004. Hydrologic variation during the last 170,000 years in the southern hemisphere tropics of South America. Quaternary Research, 61: 95-104. Furbish, D.J. & Andrews, J.T., 1984. The use of hypsometry to indicate long term stability and response of valleys glaciers to changes in mass transfer. Journal Glaciology, 30: 199-211. Imbrie, J. et al., 1984. The orbital theory of Pleistocene climate: Support from a revised chronology of the marine d18O record. In Milankovitch and Climate. Milankovitch and Climate: 269–305. Kaser, G. & Osmaston, H., 2002. Tropical Glaciers. International Hydrology Series. Cambridge University Press, Cambridge (U.K.), 207 pp. Kurowski, L., 1891. Die Höhe der Schneegrenze. Geogr. Abh., 5 I (124): 119-160. Lea, D.W., Pak, D.K. & Spero, H.J., 2000. Climate Impact of Late Quaternary Equatorial Pacific Sea Surface Temperature Variations. Science, 289(5485): 1719-1724. Osmaston, H., 1965. The Past and Present Climate and vegetation of Ruwenzori Glaciers. Uganda Journal, 25: 99-104. Osmaston, H., 1975. Models for the estimation of firnlines of present and pleistocene glaciers. In: R.F. Peel, M.D.I. Chisholm and P. Hagget (Editors), Processes in Physical and Human Geography. Bristol Essays, Bristol (Reino Unido), pp. 218-245. Osmaston, H., 1989. Glaciers, glaciatons and equilibrium line altitudes on Kilimanjaro. In: W.C. Mahaney (Editor), Quaternary and Environmental Research on East African Mountains. Brookfield, Balkema, Rotterdam (Holand), pp. 31-104. Osmaston, H., 2005. Estimates of glacier equilibrium line altitudes by the Area x Altitude, the Area x Altitude Balance Ratio and the Area x Altitude Balance Index methods and their validation. Quaternary International, 22–31: 138–139. Sissons, J.B., 1974. A late glacial Ice Cap in the central Grampians, Scotland. Transactions of the Institute of Brithish Geographers, 62: 95-114. Sissons, J.B., 1980. The Loch Lomond advance in the Lake District, northern England. Transactions Royal Society Edinburgh. Earth Sciences., 71: 13-27. Smith, J.A., Seltzer, G.O., Farber, D.L., Rodbell, D.T. & Finkel, R.C., 2005. Early Local Last Glacial Maximum in the Tropical Andes. Science, 308. Úbeda, J., 2007. Caracterización Geomorfológica del sector septentrional de la Zona Volcánica Central de los Andes Centrales. Planteamiento de un caso de estudio: el sistema glaciar del complejo volcánico Nevado Coropuna. Trabajo de investigación para la obtención del Diploma de Estudios Avanzados, Universidad Complutense de Madrid, Madrid, 312 pp. Úbeda, J., Alcalá, J. & Palacios, D., 2006. Máximo avance glaciar y fases de deglaciación del complejo volcánico Nevado Coropuna (Arequipa-Perú): estado actual de la investigación (ponencia). In: S.G.d. Perú (Editor), XIIIº Congreso Peruano de Geología, Lima (Perú). Úbeda, J., Alcalá, J., Thouret, J.C. & Palacios, D., 2005. Deglaciaton phases and derived geomorphologic processes on Coropuna stratovolcano (Southern Perú), 6th International Symposium on Andean Geodynamics, Barcelona (España).