Los cables de fibra óptica enterrados miden terremotos: una tormenta en el cielo puede ayudarnos a ver bajo tierra

Científicos estadounidenses han demostrado que las ondas producidas por los truenos pueden generar señales sísmicas, que son detectables mediante cables de fibra óptica enterrados. La técnica permite convertir una infraestructura de telecomunicaciones en una gigantesca red de sensores para explorar el subsuelo y detectar posibles terremotos.

Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania (Penn State), en Estados Unidos, ha revelado que las ondas generadas por las tormentas eléctricas pueden transformarse en señales sísmicas y utilizarse para obtener imágenes del subsuelo. El estudio fue publicado en la revista Science Advances.

El eje de la innovación está en una tecnología conocida como detección acústica distribuida, o DAS, que también fue utilizada recientemente en un estudio similar liderado por especialistas de U.S. Geological Survey (USGS) y la Universidad Politécnica Estatal de California en Humboldt.

Una medición continua del subsuelo mediante cables de fibra óptica

En lugar de colocar decenas o cientos de sismómetros independientes, el sistema envía pulsos láser por una fibra óptica y analiza la luz que regresa. Las diminutas imperfecciones presentes de forma natural en el cable provocan retrodispersión: cuando una onda sísmica atraviesa el terreno, estira y comprime ligeramente la fibra, alterando la fase de esa luz. El resultado es una medición continua de cómo se mueve el suelo a lo largo de kilómetros de cable.

En Penn State, los científicos aprovecharon unos 4 kilómetros de fibra óptica ya instalada bajo el campus de University Park. Durante dos años y medio analizaron las señales registradas por esa infraestructura y reunieron un catálogo de 458 mediciones de alta calidad, identificadas y contrastadas con registros de rayos. La gran ventaja es que el cable no tuvo que construirse para el experimento: ya formaba parte de la red de telecomunicaciones.

Tormentas, truenos y ondas sísmicas

¿Pero cómo puede un trueno servir para ver el subsuelo? Una tormenta genera ondas acústicas muy intensas en la atmósfera. Una parte de esa energía puede acoplarse con la superficie y convertirse en ondas sísmicas, que se propagan por el terreno.

Los investigadores consiguieron identificar, dentro de la compleja señal registrada por la fibra, ondas superficiales coherentes capaces de actuar como una fuente para la tomografía sísmica. Con ellas pudieron reconstruir la velocidad de propagación de las ondas en los primeros cientos de metros del terreno, según detalla una nota de prensa.

El resultado llegó aproximadamente hasta los 100 metros de profundidad y reveló varias zonas débiles en el subsuelo que no estaban claramente identificadas antes. El área estudiada se encuentra sobre un terreno kárstico, formado por roca caliza susceptible de fracturación y disolución. Algunas de las anomalías detectadas coincidían con deformaciones observadas mediante radar por satélite y con información procedente de sondeos y estudios de ingeniería, aportando comprobaciones independientes para la reconstrucción sísmica.

Una fuente más accesible para la tomografía sísmica

La importancia del hallazgo va más allá de convertir una tormenta en una herramienta geofísica: la tomografía sísmica permite estudiar estructuras que no podemos observar directamente y puede ayudar a investigar riesgos como hundimientos, deslizamientos o determinadas condiciones del subsuelo, además de recursos hídricos, minería o estructuras volcánicas.

“La tomografía sísmica es importante porque nos ayuda a comprender lo que sucede debajo de la superficie. Las imágenes sísmicas se pueden utilizar para evaluar riesgos geográficos adicionales como sumideros o deslizamientos de tierra, evaluar aguas subterráneas y recursos mineros y estudiar volcanes y bolsas de magma. Solo la tomografía puede darnos información sobre la estructura del subsuelo de la Tierra, que a menudo no podemos observar directamente”, indicó en el comunicado el profesor Tieyuan Zhu, uno de los autores del estudio.

Una técnica con gran potencial

Hasta ahora, estos estudios han dependido con frecuencia de terremotos naturales o de fuentes sísmicas controladas, que pueden ser caras, difíciles de desplegar o inviables en determinados lugares. En cambio, las redes de telecomunicaciones están extendidas por zonas urbanas y remotas, y algunas fibras que no transportan tráfico, o sea las llamadas fibras oscuras, pueden utilizarse como enormes matrices de sensores.

La técnica todavía está en fase experimental y no significa que cualquier tormenta permita obtener automáticamente un mapa detallado del subsuelo. La física que gobierna el paso de la energía del aire al terreno es compleja y las condiciones geológicas y meteorológicas pueden variar mucho. Pero el trabajo sugiere que quizás no haya que buscar siempre una fuente sísmica: todo podría aclararse con una tormenta eléctrica.

Fuente: Levante - EMV