Revista Geológica de América Central

The Use of Lidar Images in Costa Rica: Case Studies Aplied in Geology, Enginneering, and Archeology

We present a review about lidar technology evolution, it´s improvements and additions from other technologies in the last 15 years. Also, we show data regarding the operation of aerial and terrestrial lídar equipment, technical parameters for data acquisition and examples from different data resolutions. We present the results from four case studies in Costa Rica: 1) the finding of pre-hispanic trials near Arenal volcano. 2) A case of geologic mapping and the finding of new volcanic structures in the north flank of Poás volcano. 3) The characterization of a landslide near Palmares that represents a hazard for the road network and 4) a detail survey of a pre-hispanic stone sphere. In the following years, the results from new lídar studies (terrestrial, aerial and/or both) will become more frequent, because its cost will be more affordable, and the transference of data between institutions will generate new applications in different research fields.

Se hace una reseña histórica sobre la evolución de la tecnología lídar, sus mejoras y adiciones de otras tecnologías en los últimos 15 años. Presentamos información del funcionamiento de lídar terrestre y aéreo, parámetros técnicos para la adquisición de datos y sus resoluciones. Se exponen los resultados de 4 estudios en Costa Rica: 1) El descubrimiento de trillos precolombinos en el sector del volcán Arenal 2) Un caso de mapeo geológico y hallazgo de estructuras volcánicas, en la zona norte del volcán Poás 3) La caracterización de un deslizamiento cerca de Palmares que representa una amenaza a la red vial y 4.) Un levantamiento en detalle de una esfera precolombina. En los próximos años, los resultados de lídar van a ser más frecuentes debido a que sus costos serán más accesibles, se facilitaría la transferencia de información entre instituciones y existirán nuevas aplicaciones en diferentes campos.

Soil classification in 15 accelerographic stations using methods based on ambient vibrations and Vs30

The H/V, FK and SPAC techniques were applied , all based on the measurement of ambient vibrations generated by surface waves for the characterization of soils beneath 15 selected sites, 12 of them corresponding to accelerographic stations of the Earthquake Engineering Laboratory of the University of Costa Rica. To achieve this, sensors (triaxial geophones) were placed in circular arrays and spectral ratios (from H/V) dispersion curves (from FK) and autocorrelation curves (from SPAC) for each site were obtained. Based on the above, the soil type was determined according to the characteristic site period (T0) read from H/V and criteria according to Zhao et al. (2006). Each site was also classified according to the Seismic Code of Costa Rica (2010) and Vs30 parameter calculated from the inversion of dispersion and autocorrelation curves. T0 values from 0.3 s to 1.5 s and Vs30 between 244 m/s to 379 m/s were obtained, indicating that soils correspond to S3 (soft soil, 67% of all cases). No site whose classification corresponds to S1 (rock) or S4 (very soft soil) was found.

Se aplicaron las técnicas H/V, FK y SPAC, todas basadas en la medición de ondas superficiales generadas principalmente por vibraciones ambientales, para la caracterización de los suelos de 15 sitios seleccionados, 12 de ellos correspondientes a estaciones acelerográficas del Laboratorio de Ingeniería Sísmica de la Universidad de Costa Rica. Para este fin, se colocaron 8 sensores (geófonos triaxiales) en configuraciones circulares y se obtuvieron razones espectrales (H/V), curvas de dispersión (FK) y curvas de autocorrelación (SPAC) para cada sitio considerado. Con base en lo anterior, se determinó el tipo de suelo según el periodo característico del sitio (T0) leído de H/V y según criterios de Zhao et al. (2006). También se clasificó cada sitio según el Código Sísmico de Costa Rica (2010) y el parámetro Vs30 calculado a partir de la inversión de las curvas de dispersión y autocorrelación. Los valores de T0 varían entre 0,3 s a 1,5 s y las Vs30 entre 244 m/s a 379 m/s, lo que indica que los suelos que predominan en los sitios en estudio corresponden a S3 (suelo blando, un 67% de todos casos). No se encontró algún sitio cuya clasificación corresponda a S1 (roca) ni a S4 (suelo muy blando).

Monitoring hydrothermal alteration in active volcanoes using remote sensing: the case of Turrialba volcano (Costa Rica)

Hydrothermal alteration was analyzed in the active Turrialba Volcano, Central Volcanic Range, Costa Rica. Principal component analysis (PCA) techniques were applied to Thematic Mapper (1986 and 2001) and MODIS/ASTER airborne imagery (2003). Analyses were carried out using 4 input bands in PCA transformations to detect clays and iron oxides. The technique was adapted to MASTER sensor, selecting relevant bands for mineral detection. Argillic and limonitic zones were mapped for 1986, 2001 and 2003 images. Image analysis results are consistent with volcanic activity from 1986 to 2003. Graben area was characterized by an overlap of alterations (limonitic and argillized) along an N-S alignment. Multitemporal analysis showed enlargement of alteration area in Central and Southwestern craters. Reactivation of phreatic activity since 2010 developed in the same areas where increasing alteration was detected, thus validating results. This research contributes to the establishment of monitoring systems in volcanic areas based on remote sensing.

En este trabajo se analiza la alteración hidrotermal en el volcán Turrialba, sistema activo de la Cordillera Volcánica Central de Costa Rica. Para ello se analizaron diferentes imágenes en fechas diferentes, Thematic Mapper (1986 y 2001) e imágenes aeroportadas MODIS/ASTER (2003). Los análisis se realizaron empleando cuatro bandas como dato de entrada de análisis de componentes principales (ACP) para detectar mineralogías (arcillas y óxidos de hierro). Esta técnica se adaptó al sensor MASTER, seleccionando las bandas relevantes para la detección de minerales. Se elaboraron mapas de arcillas y óxidos de hierro para 1986, 2001 y 2003. Los resultados son consistentes con la actividad volcánica entre 1986 y 2003, en la que la actividad se concentró en los cráteres central y SW. El graben del complejo fue delimitado adecuadamente mostrando alteraciones tanto limoníticas como argílicas en una alineación N-S. El análisis multitemporal mostró un claro incremento en las áreas de alteración entre 1986 y 2003 en los cráteres central y SW. Las recientes erupciones freáticas se han producido en las mismas zonas, validando los resultados. Esta investigación contribuye al establecimiento de sistemas de monitorización de volcanes basados en teledetección.

Fuego Volcano Eruption (Guatemala, 1974): Evidence of a Tertiary Fragmentation?

Values for mode and dispersion calculated from SFT application to volcano Fuego 1974 eruption were analyzed with the SFT (Sequential Fragmentation/Transport) model. Analysis results show that the ideas initially proposed for Irazú can also be applied to volcano Fuego. Experimental evidence was found to prove the existence of a tertiary fragmentation process, as suggest itself from Irazú analysis.

Los valores de moda y dispersión obtenidos a partir de la SFT para la erupción del volcán Fuego (Guatemala, 1974) fueron analizados con ayuda del modelo SFT (Sequential Fragmentation/Transport). Los resultados del análisis muestran que las ideas inicialmente desarrolladas para el Irazú, pueden aplicarse también al volcán Fuego. Así mismo, se encontró evidencia experimental que corrobora la existencia de fragmentaciones terciarias (definidas en el texto).

Human and Economic Losses Caused by the Volcanism in Costa Rica from 1953 to 2005

An integrated approximation of the impact of volcanic eruptions in the period between the years 1953 and 2005 in Costa Rica is presented for the first time. The detailled damage (bridges, houses, railways, factories), economic losses (agriculture, livestock, drinking water), disruption of activities, loss of life and investments (donations, mitigation measurements), is given. This focuses on the disasters and economic effects, but the sociological and psychological effects were not assessed. Two national emergencies occurred with the eruption of Irazú in 1963-1965 and Arenal in 1968, and several volcanic crises occurred at other volcanoes including Poás (1953-1955, 1989-1994), Rincón de la Vieja (1967, 1991, 1995 and 1998), and again in Arenal (1975, 1988 and 2000), which produced economic losses due acid rain and/or lahars, and loss of life resulting from pyroclastic flows. Volcanic activity is responsible for a loss of at least $48.7 millionin the last century, quantity that is necessary scalar in a future study. In this century, the damage due acid rain is more than $200 million. It is certain that 103 people were killed by volcanic activity in the 20th century, and there are no additional reports of deaths or injuries since 1700. This paper is the basis for future work focused on the socio-economic evaluation, risk analyses and future projections. If a new eruption similar to those of Irazú in 1963-1965 or Arenal in 1968 were to happen during the present century, the economic losses can be expected to be larger than previous ones.

Se presenta por primera vez una aproximación integrada de los efectos de las erupciones volcánicas en el periodo comprendido entre los años 1953 y el 2005. El detalle de los daños en (puentes, casas, ferrocarril, fábricas), las pérdidas económicas (agricultura, ganadería, suministro de agua potable), interrupción de las actividades, pérdidas de vidas humanas y las inversiones (donaciones, medidas paliativas), se presenta en los correspondientes cuadros, los que se centran en los desastres y efectos económicos, sin embargo los efectos sociológicos y psicológicos no fueron evaluados. Tres emergencias nacionales se han producido, una debido a la erupción del Irazú en 1963-1965, la otra con el Arenal en 1968 y la del volcán Poás en 1990. Pero también varias crisis volcánicas ocurrieron en otros volcanes como el Poás (1953-1955, 1989-1994), Rincón de la Vieja (1967,1991, 1995 y 1998) y de nuevo en Arenal (1975, 1988 y 2000), que produjo las pérdidas económicas debidas a la lluvia acida y/o lahares, otras personas murieron debido a depósitos de flujos piroclásticos. La actividad volcánica es la responsable de al menos 48,7 millones dólares en el último siglo, cantidad que será necesaria escalar en un futuro estudio. En el presente siglo, el daño por la lluvia ácida es de más de $200 mil. Por el momento, se tiene certeza que 103 personas fueron muertas por la actividad volcánica en el siglo XX; no hay informes adicionales de muertes o personas heridas desde 1700. Este documento es la base para un trabajo futuro más centrado en la evaluación socioeconómica, el análisis del riesgo y su proyección hacia el futuro. Si una nueva erupción similar a la del Irazú en 1963-1965 o del Arenal en 1968, sucediera durante el presente siglo, las pérdidas económicas serán significativamente mayores que las anteriores.

Contributions to the Geomorphology, Geology and Volcanology of Costa Rica from Alexander von Frantzius

In this work it will be describe the contribution to the geosciences from the German scientific Alexander von Frantzius, who was pioneer in the exploration and description of the geological and geomorphological environmental of some regions in Costa Rica in the second half of the XIX century. Joined to his medical activities he explored the Reventazón river, Pirris and Tempisque valley and described the outcrops of rocks, and hidrological, hidrogeological and geomorphological features of them. These descriptions were presented through articles in journals in German language and translated in Spanish some decades later.

En este trabajo se describen varios aportes realizados por el geocientífico alemán Alexander von Frantzius en varias geociencias. Frantzius fue pionero en la exploración y descripción del entorno geológico y geomorfológico de varias regiones en Costa Rica en la segunda mitad del siglo XIX. Asociado a su labor de médico también exploró el valle del río Reventazón, Pirris y Tempisque en los cuales además de las descripciones de las rocas aflorantes describía aspectos geomorfológicos, hidrológicos e hidrogeológicos. Aunque los caminos eran de difícil acceso este investigador logró plasmar sus hallazgos en varios artículos publicados en idioma alemán y luego traducidos al español varias décadas después.

Seismicity in Costa Rica During 2013

During 2013, the National Seismological Network (RSN: UCR-ICE) located 2547 earthquakes and reported 261 felt events. There were seven significant earthquakes with magnitude ≥ 5,0. The majority (85%) of earthquakes were shallow (< 30 km) and 56% had a low magnitude (Mw 3,0-3,9). Local and regional faulting caused 52% of the felt earthquakes and 45% occurred due to the subduction of the Cocos Plate beneath the Caribbean Plate and the Panama microplate. The highest intensity observed during 2013 was VI (Modified Mercalli, MM) in the Sixaola region (Limon) during the May 27 earthquake (5.6 Mw) with epicenter in western Panama.

Durante el 2013 la Red Sismológica Nacional (RSN: UCR-ICE) localizó 2547 sismos de los cuales 261 fueron sentidos por la población. Se percibieron en Costa Rica siete sismos con magnitud Mw ≥ 5,0. La mayoría (85%) de los sismos percibidos fueron superficiales (< 30 km) y el 56% tuvo una magnitud baja (Mw 3,0-3,9). El fallamiento local y regional provocó el 52% de los sismos, seguido por el proceso de subducción de la placa del Coco bajo la placa Caribe y la microplaca de Panamá que originó el 45%. La intensidad máxima observada en el 2013 fue de VI (Mercalli Modificada, MM) para la zona de Sixaola (Limón) debido al sismo del 27 de mayo (Mw 5,6) con epicentro en el occidente de Panamá.

Activity of the Costa Rican Volcanoes During 2012-2013

As part of the tasks of Red Sismológica Nacional of Costa Rica (RSN, UCR-ICE), volcanic monitoring is a topic that need all our attention. Likewise, the record of the results from this monitoring (field and laboratory work), is a useful tool for the research in short, middle and long term. This tecnic note comprises a synthesis of the results and observations of the last two years of volcanic surveillance at active volcanoes in Costa Rica (Rincón de la Vieja, Arenal, Poás, Barva, Irazú and Turrialba). These results enrich the RSN data base, covering four decades of experience in the implementation of advanced technologies in the area. In the beginning of 2012 all volcanoes manifested background behavior, representing low levels of phreatic and seismic activity. In September 2012, an increase in volcanic activity occurred following the Samara earthquake (Mw=7,6). This increased unrest was manifested mainly through the increase in temperature of fumaroles, some changes in crater lake dynamics and chemistry, increased seismic and phreatic activity. These higher activity conditions were maintained during the rest of the period.

Como parte de las funciones que realiza la Red Sismológica Nacional de Costa Rica (RSN (UCR-ICE)), la vigilancia volcánica es un tema que requiere de toda nuestra atención. Asimismo, el registro de los resultados de esta vigilancia (trabajo de campo y laboratorio), es una herramienta útil para la investigación a corto, mediano y largo plazo. Esta nota técnica, constituye la síntesis de los resultados y observaciones de dos años de vigilancia en los volcanes activos de Costa Rica (Volcán Rincón de la Vieja, Arenal, Poás, Barva, Irazú y Turrialba). Estos resultados vienen a enriquecer la base de datos de la RSN que tiene cuatro décadas de experiencia en el área y en la implementación de tecnologías de punta. El año 2012 inició con actividad volcánica relativamente normal, con leves signos de actividad sísmica y freática para presentar un incremento posterior al terremoto de Sámara (Mw=7,6). Esto se manifestó principalmente a través de aumentos de temperatura en las fumarolas, algunos cambios en los lagos cratéricos, actividad freática y sismicidad volcánica, condiciones que se han mantenido durante todo el periodo de estudio.

A new evidence of a juvenile estate of Pliometanastes protistus and its relationship with ?Pliometanastes galushai Hirschfeld & Webb, 1968 (Xenarthra, Megalonychidae) for the Upper Miocene of Costa Rica

The aim of this paper is to describe a fragment of left mandible of a juvenile specimen of Pliometanastes. That found brings some light about the phyletic relations among Pliometanastes protistus Hirschfeld & Webb, 1968 and ?Pliometanastes galushai Hirschfeld & Webb, 1968, and strongly suggests that Pliometanastes is a monospecific genus.

La finalidad del presente trabajo es describir un fragmento izquierdo de mandíbula de un espécimen juvenil de Pliometanastes. Dicho hallazgo arroja luz acerca de las relaciones filéticas entrePliometanastes protistus Hirschfeld & Webb, 1968 y ?Pliometanastes galushai Hirschfeld & Webb, 1968 y sugiere de manera notable que el género Pliometanastes es monoespecífico.

Sharks and Rays from the Tonosi Formation (Eocene of Panamá)

In this study we identify and describe fossil remains of sharks and rays from the Eocene Tonosi Formation of Panama. This work includes the first report of Odontaspis sp. and Cretolamna appendiculata for the country, and additional records of Carcharnifomes and Aetobatus sp. These finds represent the oldest chondrichthyan report from Panama, contributing to the knowledge of the marine fauna that existed before the formation of the Isthmus of Panama.

En el presente estudio identificamos y describimos restos fósiles de tiburones y rayas de la Formación Tonosí, del Eoceno de Panamá. Este trabajo incluye el primer reporte de Odontaspis sp. y Cretolamna appendiculata para el país, y registros adicionales de Carcharnifomes y Aetobatus sp. Éstos hallazgos representan el reporte de condrictios más antiguo de Panamá, aportando así al conocimiento de la fauna marina que existió en la región antes del surgimiento del Istmo de Panamá.