Sismólogos de Caltech que trabajan con expertos en óptica de Google han desarrollado un método para usar cables de telecomunicaciones submarinos existentes para detectar terremotos. La técnica podría conducir a mejores sistemas de alerta de terremotos y tsunamis en todo el mundo.
Una vasta red de más de un millón de kilómetros de cable de fibra óptica se encuentra en el fondo de los océanos de la Tierra. En la década de 1980, las empresas de telecomunicaciones y los gobiernos comenzaron a tender estos cables, cada uno de los cuales puede abarcar miles de kilómetros. Hoy, la red global se considera la columna vertebral de las telecomunicaciones internacionales.
Los científicos han buscado durante mucho tiempo una forma de usar esos cables sumergidos para monitorear la sismicidad. Después de todo, más del 70 por ciento del mundo está cubierto por agua, y es extremadamente difícil y costoso instalar, monitorear y ejecutar sismómetros submarinos para realizar un seguimiento de los movimientos de la tierra bajo los mares. Lo ideal, dicen los investigadores, es monitorear la sismicidad haciendo uso de la infraestructura que ya existe a lo largo del fondo del océano.
Los esfuerzos anteriores para utilizar fibras ópticas para estudiar la sismicidad se han basado en la adición de sofisticados instrumentos científicos y/o el uso de las llamadas «fibras oscuras», cables de fibra óptica que no se utilizan activamente.
Ahora, Zhongwen Zhan, profesor asistente de geofísica en Caltech, y sus colegas han ideado una forma de analizar la luz que viaja a través de fibras «iluminadas», en otras palabras, cables submarinos existentes y en funcionamiento, para detectar terremotos y olas del mar sin necesidad de ningún equipo adicional. Describen el nuevo método en la edición del 26 de febrero de la revista Science.
«Esta nueva técnica realmente puede convertir la mayoría de los cables submarinos en sensores geofísicos de miles de kilómetros de largo para detectar terremotos y posiblemente tsunamis en el futuro», dice Zhan en un comunicado. Creemos que esta es la primera solución para monitorear la sismicidad en el fondo del océano que podría implementarse en todo el mundo. Podría complementar la red existente de sismómetros terrestres y boyas de monitoreo de tsunamis para hacer que la detección de terremotos y tsunamis submarinos sea mucho más rápido en muchos casos».
Las redes de cable funcionan mediante el uso de láseres que envían pulsos de información a través de fibras de vidrio agrupadas dentro de los cables para entregar datos a velocidades superiores a 200.000 kilómetros por segundo a los receptores del otro extremo.
Para hacer un uso óptimo de los cables, es decir, para transferir tanta información como sea posible a través de ellos, una de las cosas que los operadores monitorean es la polarización de la luz que viaja dentro de las fibras. Como cualquier otra luz que pasa a través de un filtro polarizador, la luz láser está polarizada, es decir, su campo eléctrico oscila en una sola dirección en lugar de en ninguna.
Controlar la dirección del campo eléctrico puede permitir que múltiples señales viajen a través de la misma fibra simultáneamente. En el extremo receptor, los dispositivos verifican el estado de polarización de cada señal para ver cómo ha cambiado a lo largo de la ruta del cable para asegurarse de que las señales no se mezclen.
PRUEBAS EN EL CABLE DE LOS ÁNGELES A VALPARAISO
En su trabajo, los investigadores se centraron en el Cable Curie, un cable submarino de fibra óptica que se extiende por más de 10.000 kilómetros a lo largo del borde oriental del Océano Pacífico desde Los Ángeles hasta Valparaíso, Chile. (Aunque Zhan dice que la técnica podría usarse en muchos de los cientos de cables submarinos que atraviesan el mundo).
En tierra, todo tipo de perturbaciones, como los cambios de temperatura e incluso los rayos, pueden cambiar la polarización de la luz que viaja a través de los cables de fibra óptica. Debido a que la temperatura en las profundidades del océano permanece casi constante y debido a que hay muy pocas perturbaciones allí, el cambio en la polarización de un extremo del cable Curie al otro permanece bastante estable a lo largo del tiempo, encontraron Zhan y sus colegas.
Sin embargo, durante los terremotos y cuando las tormentas producen grandes olas oceánicas, la polarización cambia repentina y dramáticamente, lo que permite a los investigadores identificar fácilmente tales eventos en los datos.
Actualmente, cuando ocurren terremotos a millas de la costa, las ondas sísmicas pueden tardar minutos en llegar a los sismómetros terrestres e incluso más tiempo para que se verifique cualquier ola de tsunami. Con la nueva técnica, toda la longitud de un cable submarino actúa como un solo sensor en una ubicación difícil de monitorear. La polarización se puede medir hasta 20 veces por segundo. Eso significa que si ocurre un terremoto cerca de un área en particular, se podría enviar una advertencia a las áreas potencialmente afectadas en cuestión de segundos.
Durante los nueve meses de pruebas informados en el nuevo estudio (entre diciembre de 2019 y septiembre de 2020), los investigadores detectaron alrededor de 20 terremotos de moderados a grandes a lo largo del cable Curie, incluido el terremoto de magnitud 7,7 que tuvo lugar frente a Jamaica el 28 de enero de 2020.
Aunque no se detectaron tsunamis durante el estudio, los investigadores pudieron detectar cambios en la polarización producidos por el oleaje del océano que se originó en el Océano Austral. Creen que los cambios en la polarización observados durante esos eventos fueron causados por cambios de presión a lo largo del lecho marino a medida que las poderosas olas pasaban por el cable. «Esto significa que podemos detectar las olas del océano, por lo que es plausible que algún día podamos detectar las olas del tsunami», dice Zhan.
