Los
cables submarinos de telecomunicaciones por fibra óptica, pueden ayudar a los científicos a
estudiar los terremotos en alta mar que se producen en estructuras geológicas ocultas en las profundidades del océano.
En un artículo que publica la revista Science, investigadores de la Universidad de California, Berkeley, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), el Instituto de Investigación del Acuario de Monterey Bay (MBARI) y la Universidad de Rice, describen un experimento que convirtió
20 kilómetros de cable submarino de fibra óptica en el equivalente de
10.000 estaciones sísmicas a lo largo del fondo del océano.
Durante su experimento de cuatro días en la Bahía de Monterey, registraron un
terremoto de magnitud 3,5 y
dispersión sísmica desde zonas de fallas submarinas.
Su técnica, que habían probado previamente con
cables de fibra óptica en tierra, podría proporcionar datos muy necesarios sobre
terremotos que ocurren bajo el mar, donde existen pocas estaciones sísmicas, dejando al
70% de la superficie terrestre sin detectores de terremotos.
"Existe una gran
necesidad de sismología del fondo marino. Cualquier instrumentación que salga al océano, incluso si es solo durante los primeros 50 kilómetros de la costa, será muy útil", destaca Nate Lindsey, estudiante graduado de UC Berkeley y autor principal del estudio.
Lindsey y Jonathan Ajo-Franklin, profesor de geofísica en la Universidad de Rice en Houston y científico visitante de Berkeley Lab, lideraron el experimento con la ayuda de Craig Dawe de MBARI, propietario del cable de fibra óptica.
Multiplicando la cobertura sismográfica
El cable se extiende a 52 kilómetros de la costa hasta la primera estación sísmica colocada en el fondo del Océano Pacífico, puesta allí hace 17 años por MBARI y Barbara Romanowicz, profesora de la Escuela de Graduados de la Universidad de Berkeley de UC Berkeley en el Departamento de Ciencias Planetarias y de la Tierra.
Se colocó un cable permanente al nodo del Sistema Acelerado de Investigación de Monterey (MARS) en 2009, 20 km de los cuales se usaron en esta prueba mientras estaban fuera de línea para mantenimiento anual en marzo de 2018.
"Este es realmente un estudio sobre la frontera de la sismología, la primera vez que alguien usa cables de fibra óptica en alta mar para observar este tipo de señales oceanográficas o para obtener imágenes de estructuras de fallas -señala Ajo-Franklin-. Uno de los espacios en blanco en la red sismográfica mundial es en los océanos".
El objetivo final de los esfuerzos de los investigadores, añade, es utilizar las densas redes de fibra óptica en todo el mundo, probablemente más de 10 millones de kilómetros en total, tanto en tierra como bajo el mar, como medidas sensibles del movimiento de la Tierra, permitiendo el control de terremotos en regiones que no tienen estaciones terrestres costosas como las que salpican gran parte de California y la costa del Pacífico, propensas a terremotos.
"La red sísmica existente tiende a tener instrumentos de alta precisión, pero es relativamente escasa, mientras que esto le da acceso a una matriz mucho más densa", añade.
La técnica que utilizan los investigadores es la
detección acústica distribuida, que emplea un dispositivo fotónico que envía pulsos cortos de luz láser por el cable y detecta la retrodispersión creada por la tensión en el cable, causada por el estiramiento. Con la interferometría, pueden medir la dispersión posterior cada 2 metros, convirtiendo efectivamente
un cable de 20 kilómetros en 10.000 sensores de movimiento individuales.
"Estos sistemas son sensibles a los cambios de nanómetros a cientos de picómetros por cada metro de longitud -señala Ajo-Franklin-. Ese es un cambio de una parte en un billón".
A principios de este año, informaron los resultados de una prueba de seis meses en tierra utilizando 22 kilómetros de cable cerca de Sacramento emplazado por el Departamento de Energía como parte de su banco de pruebas de fibra oscura ESnet de 21.000 kilómetros.
"Tenemos grandes lagunas de conocimiento sobre los procesos en el fondo del océano y la estructura de la corteza oceánica, porque es difícil colocar instrumentos como sismómetros en el fondo del mar", admite Michael Manga, profesor de ciencias de la tierra y planetarias de UC Berkeley. "Esta investigación muestra la promesa de usar cables de fibra óptica existentes como conjuntos de sensores para obtener imágenes de nuevas formas. Aquí, han identificado ondas hipotéticas previamente que no se habían detectado antes", agregó.
