SIMGEO

Presentación

La creación del Laboratorio de Simulación de Procesos Geológicos (SIMGEO) fue aprobada mediante un convenio de colaboración entre el CSIC y la Universidad de Barcelona firmado en Diciembre de 1995. Dicho laboratorio incluye una sección dedicada a la elaboración de modelos a escala sobre sistemas volcánicos y deformación cortical, una sección de  modelización matemática y desarrollo de software específico, así como para el desarrollo de sistemas de información y gestión aplicados a la prevención de los riesgos naturales en general y volcánicos en particular, un canal de experimentación hidráulica, un laboratorio de petrología experimental para el estudio de la termodinámica de las cámaras magmáticas superficiales, un simulador de cámara magmática, y una mesa de experimentación estructural y tectónica. Este laboratorio, por sus características único en España, pretende fomentar la aplicación de modelos experimentales y matemáticos al estudio de los procesos geológicos y en especial de aquellos que implican un riesgo para la población y el medio ambiente o los que estan asociados a recursos energéticos y económicos, siguiendo una de las líneas principales de investigación científica de la Unión Europea.


Equipamiento

Petrologia Experimental

Este laboratorio consta de tres bombas de tipo "cold seal vessels" de enfriamiento rápido calibradas para trabajar a presiones entre 1 y 4000 bares y temperaturas de 0 a 1000 ºC. Las condiciones de fugacidad de oxígeno (fO2 = NNO+1±(0.5)) vienen determinadas por el material (Nimonic 105 y Inconel) que se ha utilizado para construir las bombas hidrotermales.

El laboratorio permite la realización de tres o seis experimentos simultáneamente dependiendo del tamaño de las muestras utilizadas, y es conveniente para simular un rango de condiciones saturadas y subsaturadas en agua apropiadas para diferenciar magmas evolucionados a poca profundidad (0-3 kb y hasta 1000 ºC. También es idóneo para la síntesis mineral en este mismo rango de condiciones. El laboratorio dispone además de todo el equipamiento necesario para la preparación de muestras tanto previas al experimento como posteriormente para su observación mediante el microscopio electrónico o la microsonda.

Bombas del tipo "cold seal vessels" y hornos del laboratorio de petrología experimental.

Bombas del tipo "cold seal vessels" y hornos del laboratorio de petrología experimental.

Canal Hidraulico

El sistema de experimentos hidráulicas está formado por un canal estanque de 15m de largo por 37cm de ancho y una profundidad de 40cm. Todas las medidas son útiles. Las paredes laterales del canal son de vidrio blindado, transparente, que no deforma las imágenes con el fin de que se puedan visualizar bien las pruebas de ensayo con sedimentos.

La unión de los vidrios con la base metálica es perfectamente estanca. El canal está soportado por un sistema metálico suficientemente rígido como para no permitir flexiones ni longitudinales ni transversales que puedan estropear los ensayos previstos. El fondo del canal es metálico y está suficientemente mecanizado para prevenir cualquier irregularidad del fondo durante los ensayos.

Existe un mecanismo de elevación de todo el canal que permite realizar los ensayos con una simulación de pendientes variables. Este sistema es fiable y no permite ninguna descompensación de las pendientes preestablecidas. El levantamiento se realiza por un extremo del canal y en el otro extremo existe un dispositivo de bisagra que garantiza la estabilidad de todo el conjunto. El sistema de levantamiento es de tipo hidráulico y funciona automáticamente mediante un sistema de automatismo adecuados. Para prevenir cualquier movimiento aleatorio, existen unos trinquetes de seguridad que no permiten ninguna variación no deseada de la inclinación escogida

Existen dos tolvas una en la entrada y otra en la salida con filtros disipadores de flujo. Este es el mecanismo usual para controlar la profundidad del flujo durante los ensayos. La circulación del agua se realiza en un sistema cerrado, y por lo tanto, la masa acuosa se encuentra cerrada y recircula indefinidamente por el canal.

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Fotografía del canal estanque del sistema de experiencias hidráulicas.

Sección de modelización matemática

En la actualidad se dispone diversos paquetes comerciales y libres de sistemas de información geográfica (ArcGIS, QGIS), software para tratamiento de imágenes digitales, modelización númerica mediante el método de los elementos finitos (COMSOL. 4.2a) y modelización y visualización geológica en 3D (3D Geomodeller y RockWorks 16). 

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Numerical model of the regional stress distribution around the Canary Islands.

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3D visualisation model of the geology of Tenerife (made with 3D Geomodeller).

Simulador de Cámara Magmática

Equipo que permite la simulación de diversos procesos (mezcla de magmas, convección, cristalización, vesiculación, erupción, colapso, etc) en el interior de cámaras magmáticas superficiales, para varios rangos de temperatura, viscosidad de líquido, presión interna, saturación en gases, o tasa de relleno, y que permite investigar el papel de los procesos pre-eruptivos en la dinámica eruptiva, y el comportamiento del interior de la cámara magmática durante el desarrollo de las erupciones volcánicas, incluyendo los procesos de colapso caldérico.  Todo el sistema está controlado por ordenador de manera que la parametrización durante el desarrollo de los experimentos quedan registrado en formato digital para su posterior reproducción, comparación o repetición. Dos cámaras de alta velocidad registran el desarrollo del experimento. 

El sistema de modelado analógico de cámara magmática consiste en un cilindro de vidrio transparente presurizable (hasta 6 atm) de 25 cm de diámetro y 40 cm de altura, que incluye un barómetro y un termopar, para control de la temperatura y la presión interna durante todo el experimento, y permite la entrada de diferente fluidos en el mismo con el fin de visualizar el efecto de la mezcla de magmas de diversos tipos y propiedades, también permite inyectar gas a presión en la mezcla, por lo que pueden estudiar el efecto de las sustancias volátiles en los procesos que ocurren, y también pueden calentar los líquidos hasta alrededor de 80 º para ser capaz de tener en cuenta las variaciones en sus propiedades (por ejemplo, densidad o viscosidad) debido a los cambios de temperatura. La descompresión del tanque se controla mediante una serie de válvulas externas operadas remotamente por ordenador, y dos cámaras digitales de alta velocidad y de de alta resolución que documentan los experimentos y permiten mediciones internas de las estructuras de fluidos tales como fuentes, gotas, etc…

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Detalles del equipo de simulación de cámara magmática.

Tabla de experimentación estructura y tectónica

Mesa de modelización modular diseñada para emular una amplia variedad de ambientes tectónicos: extensión, compresión, strike-slip, fallamiento del basamento, inversión tectónica, cuñas dobles, tectónica salina, deslizamientos gravitacionales, etc ... Un total de seis motores operados por un controlador digital permiten  pruebas uni-, bi-, o triaxiales de transmisión de la deformación de los brazos mecánicos. El número y configuración de los motores permiten modelar cualquier campo de deformación. La tasa y la orientación del movimiento se controlan continuamente por un ordenador que les permite ser variados durante el experimento. La mesa de modelado también permite realizar modelos a diferentes escalas, desde cuenca a escala cortical. Cada intervalo de tiempo fijado se toman fotografías digitales de la superficie del modelo, las cuales son controlados por un ordenador Estas fotografías se complementan con un escaner luz blanca de alta resolución (SIDIO Pro de NUB3D) que captura la topografía del modelo durante todo el experimento, registrando cambios en la topografía a escala milimétrica.

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Detalles del equipo de modelización experimental extructural y tectónica.


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