29 de noviembre de 2019

Los cables submarinos de fibra óptica, excelente red sísmica

Los cables submarinos de fibra óptica, excelente red sísmica
Los cables submarinos de fibra óptica, excelente red sísmica - NATE LINDSEY

MADRID, 29 Nov. (EUROPA PRESS) -

Los cables submarinos de telecomunicación por fibra óptica pueden ayudar a los científicos a estudiar los terremotos en alta mar 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 describe 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 de la Tierra 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.

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 kilómetros 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.

La fibra oscura se refiere a cables ópticos colocados bajo tierra, pero no utilizados o alquilados para uso a corto plazo, en contraste con el internet "iluminado" utilizado activamente. Los investigadores pudieron monitorear la actividad sísmica y el ruido ambiental y obtener imágenes del subsuelo a una resolución más alta y a mayor escala de lo que hubiera sido posible con una red de sensores tradicional.

"La belleza de la sismología de fibra óptica es que puede usar los cables de telecomunicaciones existentes sin tener que colocar 10.000 sismómetros --señala Lindsey--. Simplemente sales al sitio y conectas el instrumento al extremo de la fibra".

Durante la prueba submarina, pudieron medir un amplio rango de frecuencias de ondas sísmicas de un terremoto de magnitud 3,4 que ocurrió a 45 kilómetros tierra adentro cerca de Gilroy, en California, y mapear múltiples zonas de fallas submarinas conocidas y previamente no mapeadas, parte de la falla de San Gregorio sistema. También pudieron detectar las olas oceánicas en estado estacionario, los llamados microsismas oceánicos, así como las olas de tormenta, todas las cuales coincidieron con las mediciones sísmicas de la boya y la tierra.

"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".

Según Lindsey, existe un creciente interés entre los sismólogos por registrar el campo de ruido ambiental de la Tierra causado por las interacciones entre el océano y la tierra continental: esencialmente, las olas rompen cerca de las costas.

"Al usar estos cables de fibra óptica costeros, básicamente podemos observar las olas que estamos acostumbrados a ver desde la costa en el fondo marino, y la forma en que estas olas oceánicas se unen a la Tierra para crear ondas sísmicas", señala.

Para utilizar los cables de fibra óptica iluminados del mundo, Lindsey y Ajo-Franklin deben demostrar que pueden hacer ping a los pulsos láser a través de un canal sin interferir con otros canales en la fibra que transportan paquetes de datos independientes.

Ahora están llevando a cabo experimentos con fibras encendidas, al mismo tiempo que planean el monitoreo por fibra óptica de eventos sísmicos en un área geotérmica al sur del Mar de Salton en el sur de California, en la zona sísmica de Brawley.