Por: Mihai Andrei
Los estudios están comenzando a mostrar cada vez más que las mismas fibras ópticas que brindan nuestro Internet y video de alta velocidad pueden usarse para estudiar terremotos y geología
Como estudiante de geofísica, fue emocionante aprender cómo se pueden utilizar los terremotos para estudiar el subsuelo. Los terremotos son prácticamente la única razón por la que sabemos algo sobre la estructura interna de la Tierra, y pueden decirnos mucho sobre la composición de la corteza, el manto e incluso el núcleo de nuestro planeta. Se pone aún mejor: puede “simular” un terremoto con herramientas especiales (que pueden ir desde un gran martillo hasta dinamita) para evaluar la estructura geológica del área debajo de usted. Si tiene las herramientas adecuadas para escuchar las olas, puede ver lo que hay bajo tierra. Este enfoque todavía se utiliza en estudios geológicos e industriales. Pero los investigadores ahora están pensando que pueden comenzar a usar otras herramientas para hacer esto, herramientas que ya están disponibles.
Específicamente, los investigadores están buscando cables de fibra óptica, cables similares a los eléctricos simples, pero que contienen una o más fibras ópticas que se utilizan para transportar luz. Los cables de fibra óptica son los que le brindan Internet de alta velocidad (es decir, si tiene la suerte de tener Internet de alta velocidad). Lo que los investigadores han aprendido recientemente es que también se pueden transformar estos cables en sensores sísmicos.
“Los cables de fibra óptica son la columna vertebral de las telecomunicaciones modernas, y hemos demostrado que podemos convertir las redes existentes en extensos conjuntos sísmicos para evaluar los movimientos del suelo durante los terremotos”, dijo el sismólogo de la Universidad de Michigan, Zack Spica, primer autor de un estudio reciente que describe el enfoque.
Cuando ocurre un terremoto, hace vibrar los cables. Los investigadores aprovechan esto conectando un instrumento llamado interrogador láser a un extremo del cable. El interrogador dispara pulsos de luz láser por la fibra, y la luz rebota cuando encuentra impurezas o imperfecciones a lo largo de la fibra, creando una señal de nivel base llamada señal de retrodispersión.
Los cambios en esta señal de retrodispersión pueden mostrar cómo la fibra se estira o se comprime en respuesta a perturbaciones como las ondas sísmicas.
El enfoque se basa en las industrias del petróleo y el gas, que han utilizado esta idea durante años para monitorear sus tuberías y pozos, pero aplicarlo a un cable de fibra óptica es un trato completamente diferente.
“Esta es la primera vez que se ha utilizado la sismología de fibra óptica para derivar una medida estándar de las propiedades del subsuelo que utilizan los ingenieros de terremotos para anticipar la severidad del temblor”, dijo el geofísico Greg Beroza, coautor del artículo y el Wayne Loel Profesor de la Facultad de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford.
El enfoque, llamado DAS, es atractivo desde múltiples perspectivas. La infraestructura de fibra óptica no solo es muy común en muchas partes urbanas del mundo (gran parte de ella no se usa actualmente y, por lo tanto, se puede usar como detector de terremotos), sino que las áreas urbanas son notoriamente difíciles de monitorear sísmicamente porque es difícil agregar sensores, y tiene tantas molestias como el tráfico.
“Lo bueno de usar fibra para esto es que las ciudades ya la tienen como parte de su infraestructura, así que todo lo que tenemos que hacer es aprovecharla”, dijo Beroza.
“En las zonas urbanas, es muy difícil encontrar un lugar para instalar estaciones sísmicas porque el asfalto está en todas partes”, agregó Spica. “Además, muchas de estas tierras son privadas y no accesibles, y no siempre se puede dejar una estación sísmica sola debido al riesgo de robo.
Entonces, si tiene algún cable de fibra sin usar (que comúnmente se llama “fibra oscura”), puede convertirlo en una matriz de sensores muy larga, y también es bastante económico. No es solo para monitorear terremotos, también puede usar DAS para mapear el subsuelo.
En un estudio separado, los investigadores utilizaron DAS para estudiar un tramo de 27 kilómetros de fibra oscura cerca de Sacramento, California, registrando 7 meses de lecturas y obteniendo una gran cantidad de datos útiles. Incluso utilizaron ruido sísmico ambiental del tráfico para mapear el subsuelo. Se han realizado estudios similares en Alaska, California e Islandia. Lo que hace que esto sea aún más emocionante para los geólogos es que solo necesita colocar su elegante equipo en un extremo del cable.
El sismólogo del Instituto de Tecnología de California, Zhongwen Zhan, uno de los autores del estudio, cree que el DAS puede usarse en lugares remotos, o incluso para estudiar otros cuerpos extraterrestres.
“Puede imaginarse que en la Luna o en algún otro planeta, con un escenario de alta radiación o alta temperatura, la electrónica podría no sobrevivir tanto tiempo en ese entorno”, agregó. “Pero la fibra puede”.
La principal limitación del enfoque es que necesita saber exactamente cómo se encuentra el cable en el suelo. Los investigadores a veces hacen una “prueba de golpe” en la que golpean con un mazo en diferentes lugares por encima del cable, midiendo el efecto en el cable. El ruido también es un problema a resolver: por alguna razón, algunos cables parecen producir una gran cantidad de ruido y no está muy claro por qué.
En cualquier caso, aunque todavía está lejos de perfeccionarse, DAS ya está demostrando ser una herramienta versátil y útil, que se puede implementar a bajo coste y en numerosas situaciones. Solo podemos esperar ver para qué se utilizará.
“Aunque todavía está en su infancia, DAS ya se ha mostrado como el corazón en funcionamiento, o tal vez como tímpanos, de una nueva y valiosa herramienta de escucha sísmica”, concluyó Zhan.
Este artículo es una traducción de otro publicado en ZME Science. Puedes leer el texto original haciendo clic aquí.
