P. Zenteno ¹, ³ ; A. Rivera 2,1 ; R. García ³.

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1 GLACIER INVENTORY OF THE ITATA BASIN DERIVED FROM SATELLITE IMAGERY: HISTORICAL TRENDS AND RECENT VARIATIONS AT NEVADOS DE CHILLÁN VOLCANO (36º56 S- 71º20 W). P. Zenteno ¹, ³ ; A. Rivera 2,1 ; R. García ³. 1. Laboratorio de Glaciología, Departamento de Geografía, Universidad de Chile. Marcoleta 250, Santiago, Chile. pzenteno@cec.uchile.cl Teléfono: (56-2) Fax: (56-2) Centro de Estudios Científicos. Arturo Prat 514, Casilla 1469, Valdivia, Chile. 3. Geodatos Ltda. Román Díaz 764, Providencia, Santiago, Chile. Abstract: The glacier inventory of the Itata Basin and recent glacier variations of Nevados de Chillán are presented. Aerial photographs, satellite images, regular cartography, Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) elevation data and historical records were used to compile the inventory and compare the glacier extension for different years. Satellite images were digitally analysed using spectral enhancements and the ratio between Landsat Thematic Mapper bands 4 and 5. Topographic parameters for each glacier were derived from SRTM data. A total of 12.6 km² of bare ice was inventoried at the Itata Basin based upon a satellite image acquired on February 20, The main glacierised mountain centre corresponds to Nevados de Chillán, which exhibited 6.3 km² of bare ice in 2003, representing nearly 50% of the total glacier area of the basin. We estimated that glaciers at Nevados de Chillán volcano, currently 2.4 km², reduced its area by ca. 78% from the year 1862 to For the time interval , the reduction was 7.7%, and for it was of 48 %. These glaciers increased their area loss from 0.02 km² a ¹ during to 0.2 km² a ¹ from 1989 to Frontal variations show retreat from 3.8 m a ¹ from increasing up to 34 m a ¹ for These areal changes are presumably driven by warming trends and the presence of El Niño Southern Oscillation (ENSO) phenomena, which plays an important role in glacier responses in Central Chile, showing variability of ±2.8 km² with positive mass balance related to El Niño (2003) years, whilst negative mass balances were related to La Niña years.. Keywords: Glaciers; Nevados de Chillán; remote sensing; SRTM, ENSO. 1

2 Inventario de Glaciares en la Cuenca del Río Itata y variaciones recientes en el Volcán Nevados de Chillán (36º 56 S - 71º 20 W). P. Zenteno ¹, ³ ; A. Rivera 2,1 ; R. García ³. 4. Laboratorio de Glaciología, Departamento de Geografía, Universidad de Chile. Marcoleta 250, Santiago, Chile. pzenteno@cec.uchile.cl Teléfono: (56-2) Fax: (56-2) Centro de Estudios Científicos. Arturo Prat 514, Casilla 1469, Valdivia, Chile. 6. Geodatos Ltda. Román Díaz 764, Providencia, Santiago, Chile. Resumen: Se presentan resultados del inventario de glaciares en la cuenca del Itata y de sus variaciones en el Volcán Nevados de Chillán utilizando fotografías aéreas, imágenes satelitales, modelos digitales de elevación y datos históricos. Con el objeto de determinar la superficie cubierta por hielo y de evaluar sus fluctuaciones se analizan aerofotografías y se procesan imágenes Landsat de 1975, 1989, 2001, Se aplican procedimientos de realce espectral, técnicas de ratios y umbralización en bandas TM4/TM5, finalmente se realizan clasificaciones no supervisadas (ISODATA) y ediciones manuales de contornos de glaciares. Los parámetros glaciológicos (altitud máxima, mínima, pendiente, exposición, etc.), son derivados mediante datos topográficos SRTM (Shuttle Radar Topography Mission). Un total de 12.6 Km² de hielo descubierto se inventariaron para la cuenca del Itata para el año El principal centro englaciado corresponde al centro montañoso Nevados de Chillán con 6.3 Km² de hielo, representando aproximadamente un 50 % de la superficie total englaciada. Se estima que el glaciar en el volcán Nevado de Chillán, actualmente de 2.4 Km², redujo su superficie en aproximadamente un 78% desde el año 1862 al 2003 y con respecto al período , la reducción fue de un 7.7% y de un 48% para el período Esto implica tasas de reducción desde 0.02 km² a ¹ entre a 0.2 km² a ¹ para el período Las variaciones frontales indican retrocesos desde 3.8 m a ¹ para el período , aumentando hasta 34 m a ¹ para El análisis de las imágenes para los años mostraron una variabilidad de ±2.8 km² en la superficie englaciada, asociada al ciclo El Niño Oscilación del Sur (ENOS), con menores valores para el año 1989 (La Niña) y una mayor superficie para el 2003 (El Niño). Palabras Claves: Glaciares; Nevados de Chillán; Landsat; SRTM; ENOS 2

3 Inventario de Glaciares en la Cuenca del Río Itata y variaciones recientes en el Volcán Nevados de Chillán (36º 56 S - 71º 20 W). P. Zenteno ¹, ³ ; A. Rivera 2,1 ; R. García ³. 7. Laboratorio de Glaciología, Departamento de Geografía, Universidad de Chile. Marcoleta 250, Santiago, Chile. pzenteno@cec.uchile.cl Teléfono: (56-2) Fax: (56-2) Centro de Estudios Científicos. Arturo Prat 514, Casilla 1469, Valdivia, Chile. 9. Geodatos Ltda. Román Díaz 764, Providencia, Santiago, Chile. INTRODUCCION Actualmente se han inventariado en Chile un total de 1751 glaciares con una superficie total de 20,575 km² (Rivera et al., 2000), quedando por inventariar en Chile Central solamente la cuenca del Río Itata. Estos inventarios son vitales para el monitoreo del sistema climático global y del impacto en la disposición de recursos hídricos (IPCC, 2001). Los recientes estudios glaciológicos muestran diferentes acercamientos metodológicos que se han utilizado para el mapeo de los glaciares mediante sensores remotos (Kääb et al., 2002, Paul et al., 2002). Estos se han realizado principalmente mediante delimitaciones manuales, composiciones de falso color, segmentación de imágenes, distintos métodos de clasificación (Paul et al., 2004) y combinadamente con modelos digitales de elevación. En este contexto el presente estudio se enmarca en el programa internacional Global Land Ice Measurements from Space (GLIMS) liderado por el servicio geológico de los Estados Unidos (USGS), el cual tiene como objetivo inventariar globalmente los glaciares utilizando principalmente los sensores Advanced Spaceborne Thermal Emition and Reflection Radiometer (ASTER) y Enhanced Thematic Mapper (ETM+) montados en las plataformas satelitales TERRA y Landsat 7 respectivamente (Kieffer et al., 2000). Las fluctuaciones de los glaciares resultan de los cambios en los balances de masa y energía sobre la superficie de la Tierra (Berthier et al., 2004, Haeberli et al., 2003). Estas variaciones de glaciares también se han manifestado en las latitudes medias de Chile, dónde numerosos glaciares aparecen formando casquetes en las cumbres de los volcanes (Lliboutry, 1956). La presencia de superficies englaciadas sobre conos volcánicos ha despertado un gran interés al sugerir una estrecha vinculación entre el cambio climático, los sistemas glaciales y el volcanismo, los cuales interactúan estrechamente afectándose mutuamente (Sigvaldason et al., 1992). El estudio se aborda desde el contexto actual de retroceso generalizado de los glaciares de los Andes en Chile Central (30º-41º S), relacionados con las anomalías climáticas producidas por El Niño Oscilación del Sur (ENOS), donde los glaciares estudiados en han presentado balances de masa positivos en presencia del fenómeno El Niño y negativos durante la fase de La Niña (Escobar et al., 1995). En otro aspecto también están sus consecuencias en términos de amenazas naturales, por el potencial 3

4 riesgo que representan los cuerpos de hielo ubicados en volcanes activos, los cuales ante una eventual erupción podrían originar flujos laháricos y/o rupturas de lagos subglaciales denominados jökulhlaup (Hauser, 2000). El objetivo principal de este trabajo es completar el inventario de glaciares para la zona de Chile Central en la Cuenca del Río Itata utilizando metodologías de procesamiento digital de imágenes satelitales en combinación con modelos digitales de terreno (DEM). Los datos resultantes serán incorporados como información estandarizada al proyecto internacional GLIMS utlizando un sistema de información geográfico (SIG). Como segundo objetivo este estudio se propone analizar las variaciones ocurridas en los glaciares localizados en el Volcán Nevados de Chillán en base a las fuentes históricas de las primeras descripciones realizadas a finales del SXIX, utilizando fotografías aéreas, imágenes satelitales y datos topográficos. METODOLOGÍA Área de Estudio: La Cuenca del Itata localizada en la octava Región del Bío-Bío, entre los 35º y 37º de latitud Sur, con una superficie de Km², es drenada pricipalmente por los ríos Chillán, Pemuco, Diguillín, Ñuble, Lonquén e Itata. El área de estudio esta inserta en una zona dónde la Cordillera de los Andes presenta elevaciones relativamente bajas, quedando determinada por los centros montañosos de los Nevados de Chillán (E , N ), con una elevación máxima de 3213 m s.n.m, dónde se encuentra el complejo volcánico que lleva el mismo nombre, controlado por una fractura de rumbo N 30º W con 24 centros eruptivos a lo largo de 12 Km, cuya última erupción se registró durante agosto-septiembre de En en la zona norte de la cuenca están los centros montañosos Cordillera La Mortandad (E , N ) y Cordillera Las Tragedias (E , N ) presentando alturas máximas de 2600 m s.n.m. (Figura 1). Datos y Procedimientos: Como metodología para determinar la superficie cubierta por hielo y de evaluar sus fluctuaciones se analizaron aerofotografías del vuleo HYKON de 1955 y se procesaron imágenes Landsat MSS de 1975, TM de 1989, ETM+ de y ASTER de Se realizaron con el software ENVI36 procedimientos de realce espectral mediante normalización de color (Brovey, Gram-Schmidt), fusionando una composición falso color TM541 con la banda pancromática TM8, consiguiendo una mejor resolución espacial (15 m) que se utilizó para el posicionamiento de los frentes y ediciones manuales de contornos de glaciares. El cálculo de superficie se realizó aplicando ratios y umbralización para las bandas TM4/TM5 en imágenes TM y ETM+, finalmente clasificaciones no supervisadas (ISODATA) con el software ERDAS 8.5. Los parámetros glaciológicos (altitud máxima, mínima, superficie, etc.), son derivados a partir de cartografía regular y mediante la generación de un modelo digital de elevación (DEM) en base a datos topográficos Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) utilizando OASIS Los datos estandarizados son ingresados al proyecto GLIMS con el software GLIMSVIEW 32. 4

5 Materiales para el mapeo y análisis de la extensión de glaciares: Aerofotografías: vuelo Hykon Imágenes ortorectificadas Landsat MSS (22/03/1975), TM (17/03/1989), ETM+ (01/29/ /02/2003). Imagen TERRA/ASTER (11/03/2004) Datos topográficos: Cartografía regular IGM, hojas IGM 1:50.000: Pichirrincón ( ), Lara ( ), Nevado de Chillán ( ), Río Ñuble ( ) Datos SRTM90 (Shuttle Radar Topography Mission) del 02/11/2000. RESULTADOS Inventario de Glaciares en la Cuenca del Río Itata: Un total de 12.6 Km² de hielo descubierto se inventariaron para la cuenca del Itata en base a una imagen Landsat ETM+ de Febrero 2003, incluyendo también superficies de hielo inferiores a 0,1 km² y cuerpos de nieve semipermanentes (Tabla 1). Fue posible mediante las imágenes satelitales medir 13 glaciares piedemontanos mayores a 0,1 km², de los cuales nueve se localizan en el volcán Nevados de Chillán (Tabla 3). En consecuencia, la principal superficie englaciada corresponde al centro montañoso Nevados de Chillán, concentrándo 6.3 Km² de hielo, representando un 50 % de la superficie total de hielo. El resto se encuentra distribuído en los centros montañosos de Cordillera La Mortandad y Cordillera Las Tragedias, con una mayor presencia de superficies temporales de nieve y glaciares inferiores a 0,1 km². La superficie cubierta de hielo en la cuenca del Itata muestra una variabilidad de ±2.8 km², la cual fue posible detectar comparando las imágenes para los años 1989 y Variaciones de Glaciares en el Volcán Nevados de Chillán: El análisis de los datos históricos se basó en documentos del año 1862 y 1870 con los cuales se reconstruyó la superficie de los glaciares interpretando las mediciones señaladas por Sievers y transcritas en los documentos de R.A Philippi. En ellos se describe la presencia de un poderoso banco de hielo que llenaba la depresión entre el Cerro blanco y Cerro negro de un lado, y del Cerro colorado del otro (Figuras 4a y 4b). Las distancias fueron estimadas por Sievers, quien señala la existencia de un campo de hielo que se estiende como tres leguas de oriente a poniente, i una media a tres cuartos de legua de norte a sur. Remanentes de este glaciar pueden observase en las Imágenes HYKON del año 1955 (Figura 2) y MSS del año 1975 (Figura 5), sobre el portezuelo de Los Baños, su posterior evolución ha tendido a la fragmentación en pequeños glaciares inferiores a 0,1 km² (Figura 6). Las mediciones en los glaciares del volcán Nevado de Chillán, actualmente de 2.4 Km², indican una redución de su superficie en aproximadamente un 78% desde el año 1862 al 2003 (Tabla 2). Con respecto al período , la 5

6 reducción fue de un 7.7%, aumentando a un 48% para el período Esto implica tasas de pérdida de superficie desde 0.02 km² a ¹ entre los años aumentando a 0.2 km² a ¹ para el período El análisis de una imagen ASTER del presente año no evidenció mayores cambios, estimándose una superficie equivalente al año 2003 (Figura 8). Las variaciones frontales indican retrocesos desde 3.8 m a ¹ para el período hasta 34 m a ¹ para , mostrando comportamientos diferenciales en las laderas de orientación oriente, con menores retrocesos de los frentes respecto de las laderas poniente, donde se aprecia una notable disminución de los glaciares orientados hacia el nor-poniente del volcán, los cuáles casi han desaparecido totalmente para el año 2003 (Figura 3). CONCLUSIONES La cuenca del Río Itata en comparación a las adyacentes del Río Maule y Bío- Bío muestra una reducida área cubierta por hielo, dónde sus principales glaciares concentrados en el volcán Nevados de Chillán muestran un aceleramiento de sus retrocesos acentuadas en las últimas décadas y destacándose la fragmentación de los glaciares localizados al sur y al norponiente del volcán Nevados de Chillán. El área de los centros montañosos Cordillera La Mortandad y Las Tragedias presenta un menor número de glaciares con una superficie relativamente importante y una mayor presencia de glaciaretes y superficies temporales de nieve. Si bien las evidentes tendencias regresivas de los glaciares en el volcán Nevado de Chillán indican un rápido derretimiento del hielo, se debe tener cuidado en la interpretación de las mediciones realizada por Sievers, ya que estimamos que de Norte a Sur esta se sobredimensionó en un rango de 5 a 7 km. Además el análisis de las fotografías aéreas y de las imágenes satelitales solo representa tres puntos en el tiempo y por lo tanto las conclusiones para el período analizado deben ser cuidadosamente interpretadas. Estos retrocesos de las lenguas terminales de los glaciares han sido asociados principalmente a la detección de tendencias a un aumento generalizado de las temperaturas por una parte, y a una disminución en las precipitaciones a escala regional, relacionando estas perturbaciones al cambio climático que opera a escala planetaria. Sin embargo dichas variaciones producto del calentamiento atmosférico podrían verse reforzadas por la permanente actividad volcánica del Nevados de Chillán que ha tenido durante el último siglo, lo que podría sugerir un posible actual período de recarga de cámara manifestado en las fumarolas emanadas durante agosto y septiembre de La utilización de imágenes satelitales, técnicas de teledetección en conjunto con modelos digitales de elevación constituye una metodología efectiva para el monitoreo de los glaciares sobre volcanes activos. Sin embargo la principal limitación de este trabajo ha sido el no poder aplicar esta metodología para el mapeo preciso y la medición de superficies de hielo cubierto por detritos volcánicos, los que podrían tener una representación significativa en el área, por lo tanto resluta necesario inventariar mediante campañas de terreno el hielo cubierto por detrito volcánico. En siguientes trabajos se analizarán los cambios de espesor en glaciares sobre volcanes activos mediante el método geodésico, 6

7 efectuándo la comparación de datos topográficos para distintas fechas permitiendo generear una aproximación al balance de masa. AGRADECIMIENTOS Agradecemos al Global Land Cover Facility de la Universidad de Maryland por poner a libre disposición las imágenes Landsat, al Centro de Estudios Científicos de Valdivia por la imagen ASTER, al Departamento de Geografía de la Universidad de Chile, a Geodatos por los equipos de procesamiento. Nuestros agradecimientos para Bruce Raup del National Snow and Ice Datacenter y a Marcela González del Archivo Central de la Universidad Chile. REFERENCIAS Berthier, E., Y, Arnaud, D. Baratoux, C. Vincent and F. Rémy (2004), Recent rapid thinning of the Mer de Glace glacier derived from satellite optical images, Geophys. Res. Lett., 31, L17401, doi: /2004GL Escobar, F., G. Casassa, V, Pozo. (1995). Variaciones de un Glaciar de Montaña en los Andes de Chile Central en las últimas dos décadas. Bulletin de l Institut Francais d Études Andines 24(3): Hauser, A. (2000). Remociones en masa en Chile (Versión actualizada). Boletín del Servicio Nacional de Geología y Minería. 59, Santiago Chile. 89 p. INTERNATIONAL ASSOCIATION OF HYDROLOGICAL SCIENCES / UNITED NATIONS EDUCATIONAL SCIENTIFIC and CULTURAL ORGANIZATION. (2003). Glacier Mass Balance Bulletin N 7 ( ) Haeberli, W., Frauenfelder, R., Hoelzle, M., Zemp, M. World Glacier Monitoring Service, Zürich. IPCC (2001). In J. T Houghton, Y. Ding, D.J Griggs, M. Noguer, P. J. van der Linden, & D. Xiasou (Eds), Climate Change 2001: The scientific basis. Contribution of working group I to the third assessment report. Cambridge Univ. Pressw, Cambridge, UK, 944 p. Kääb, A. Paul, F., Maish, M., Hoelzle, M. Haeberli, W. (2002). The new remote sensing derived Swiss glacier inventory: II. First results. Annals of Glaciology. 34: Kieffer, H., et al. (2000). New eyes in the sky measure glaciers and ice sheets. EOS. Transactions, American Geophysical Union, 89 (24), 265, 270, 271. Lliboutry, L. (1956). Nieves y Glaciares de Chile. Fundamentos de glaciología. Ediciones de la Universidad de Chile, Santiago, 471 p. Paul, F., Huggel, C., Kääb, A. (2004). Combining satellite multispectral image data and digital elevation model for mapping debris-covered glaciers. Remote Sensing of Environment, 89: Paul, F., Huggel C., Kääb, A., Kellenberger, Maisch M. (2002). Comparison of TM-derived glacier areas with higher resolutions data sets. Proceedings of EARSeL-LISSIG-Workshop Observing our Cryosphere from Space, Bern, March Philippi, R. A. (1862). Viaje a los Baños y al nuevo Volcán de Chillán. Anales de la Universidad de Chile. 20: Rivera, A., Cassasa, G., Acuña, C., Lange, H. (2000). Variaciones recientes de glaciares en Chile. Investigaciones Geográficas. Chile, 34: Reclus, É. (1870). La Terre; description des phénomènes de la vie du globe, par Paris, L. Hachette. 2 v. illus., cartes, gravures, 459 p. 7

8 Sigvaldason, G.E., Annertz, K., and Nilsson, M. (1992). Effect of glacier loading/deloading on volcanism: postglacial volcanic production rate of the Dyngjufjöll area, central Iceland. Bulletin of Volcanology, 54: TABLAS Y FIGURAS. Figura 1. Área de estudio. Figura 2. Fotografía aérea vuelo HYKON,

9 Región administrativa Cuenca hidrográfica Número de glaciares Área en km2 % de superficie con glaciares rocosos Fuente I Norte s/i GARÍN (1987) Grande* II Norte s/i GARÍN (1987) Grande* III Norte Chico* s/i GARÍN (1987) IV Norte Chico ** s/i GARÍN (1987) * V Aconcagua s/i VALDIVIA (1984) Metropolitana Maipo %*** MARANGUNIC (1979) VI Cachapoal % CAVIEDES (1979) VI Tinguiririca % VALDIVIA (1984) VII Mataquito s/i NOVEROY (1987) VII Maule % Comunicación personal G. Tapia (DGA) VIII Itata ***** s/i ZENTENO et al. (2004) VIII-IX Bío Bío % RIVERA IX Imperial % RIVERA IX-X Toltén % RIVERA IX-X Valdivia % RIVERA X Bueno % RIVERA X Petrohué % RIVERA X Maullín % RIVERA X Chamiza % RIVERA XI Campo de 28 4,2 s/i ANIYA (1988) Hielo Norte XI-XII Campo de Hielo Sur 48 9,659**** s/i ANIYA et al. (1996) Inventariados Total 16,681 No inventariados Area estimada Total 1,764 20, ,189.8 RIVERA et al. (2002) Notas: * Se trata de un inventario preliminar, donde los glaciares no están asociados a cuencas hidrográficas ** No incluye superficie de nieve semipermanente de 31 km 2 definida por GARÍN, (1987) *** Denota glaciares de roca y cubiertos por detritos **** Incluye todos los glaciares del Campo de Hielo Sur, menos aquellos cuyas superficies se encuentran principalmente en Argentina: Upsala, Agassiz, Onelli, Spegazzini, Mayo, Ameghino, Moreno and Frías. *****Incluye glaciaretes y superficies semipermanetes de nieve Tabla 1. Inventario de Glaciares de Chile. (Fuente: Rivera et al., 2000) Año Área Cambios de Área (km 2 ) (km 2 a -1 ) Tabla 2. Cambios de Superficie en Glaciares del Volcán Nevados de Chillán. 9

10 Figura 3. Variaciones de glaciares sobre el Volcán Nevados de Chillán. Glaciar (sector) UTM - E UTM - N Alt. max. m s.n.m Alt. min. m s.n.m Superficie (km²) Orientación Nevado Chillan ,40 E Nevado Chillan , ,25 SSE Nevado Chillan , ,40 NE Nevado Chillan , ,92 SW Nevado Chillan , ,12 SW Nevado Chillan , ,17 SW Nevado Chillan , ,10 N Nevado Chillan , ,17 NE Nevado Chillan , ,13 S Pichirrincon ,14 SW Mortandad ,26 E Truchas ,22 S Lara ,22 SE Tabla 3. Principales Glaciares piedemontanos en la Cuenca del Río Itata. a) b) Figura 4. Mapas de los Nevados de Chillán en a) En La Terre de Elysée Reclus, b) En Viaje a los baños y al nuevo volcán de Chillán de R.A Philippi. 10

11 Figura 5. Imagen Landsat MSS, FCC 321, 22/03/1975. Figura 6. Imagen Landsat TM, FCC 543, Brovey transform, 17/03/

12 Figura 7. Imagen Landsat ETM+, FCC /02/2003. Figura 8. Imagen ASTER, FCC 321 VNIR, 11/03/20. 12