Un nuevo estudio de un investigador de la Universidad de Michigan y colegas de tres instituciones demuestra el potencial de usar redes existentes de fibras ópticas enterradas como un observatorio económico para monitorear y estudiar terremotos.

El estudio proporciona nueva evidencia de que las mismas fibras ópticas que brindan Internet de alta velocidad y video HD a nuestros hogares podrían algún día duplicarse como 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 U-M Zack Spica, primer autor de un artículo publicado en línea el 12 de febrero en la revista Tierra sólida de JGR .

El estudio se realizó utilizando una matriz de prototipos en la Universidad de Stanford, donde Spica fue becario postdoctoral durante varios años antes de unirse recientemente a la facultad de la U-M como profesor asistente en el Departamento de Ciencias de la Tierra y Ambientales. Los coautores incluyen investigadores de Stanford y de México y Virginia.

"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 profesor Wayne Loel en la Escuela de la Tierra de Stanford, Ciencias energéticas y ambientales.

Para transformar un cable de fibra óptica en un sensor sísmico, los investigadores conectan un instrumento llamado interrogador láser a un extremo del cable. Dispara pulsos de luz láser por la fibra. La luz rebota cuando encuentra impurezas a lo largo de la fibra, creando una "señal de retrodispersión" que es analizada por un dispositivo llamado interferómetro.

Los cambios en la señal de retrodispersión pueden revelar cómo la fibra se estira o se comprime en respuesta a las perturbaciones pasajeras. incluidas las ondas sísmicas de los terremotos. La técnica se llama detección acústica distribuida, o DAS, y se ha utilizado durante años para monitorear el estado de tuberías y pozos en la industria del petróleo y el gas.

El nuevo estudio en Tierra sólida de JGR amplía el trabajo anterior con el circuito de prueba de Stanford de 3 millas al producir mapas de alta resolución del subsuelo poco profundo, que los científicos pueden usar para ver qué áreas sufrirán las sacudidas más fuertes en futuros terremotos, Dijo Beroza.

Además, el estudio demuestra que las fibras ópticas se pueden utilizar para detectar ondas sísmicas y obtener modelos de velocidad y frecuencias de resonancia del suelo, dos parámetros que son esenciales para la predicción del movimiento del suelo y la evaluación del peligro sísmico. Spica y sus colegas dicen que sus resultados están de acuerdo con una encuesta independiente que utilizó técnicas tradicionales, validando así la metodología de la sismología de fibra óptica.

Este enfoque parece tener un gran potencial para su uso en grandes ciudades amenazadas por terremotos como San Francisco, Los Angeles, Tokio y Ciudad de México, donde miles de millas de cables ópticos están enterrados debajo de la superficie.

"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 aprovecharlo, "Dijo Beroza.

Muchos de estos centros urbanos están construidos sobre sedimentos blandos que amplifican y extienden el temblor del terremoto. La geología cercana a la superficie puede variar considerablemente de un vecindario a otro, destacando la necesidad de información detallada, información específica del sitio.

Sin embargo, obtener ese tipo de información puede ser un desafío con las técnicas tradicionales, que implican el despliegue de grandes conjuntos de sismómetros, miles de estos instrumentos en el área de Los Ángeles, por ejemplo.

"En las zonas urbanas, es muy difícil encontrar un lugar para instalar estaciones sísmicas porque el asfalto está por todas partes, "Dijo 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.

"La fibra óptica podría marcar algún día el final de experimentos tan costosos y a gran escala. Los cables están enterrados bajo el asfalto y atraviesan toda la ciudad, sin ninguna de las desventajas de las estaciones sísmicas de superficie ".

Es probable que la técnica sea bastante económica, así como, Dijo Spica. Típicamente, Los cables de fibra óptica comerciales contienen fibras no utilizadas que pueden alquilarse para otros fines. incluida la sismología.

Por el momento, Los sismómetros tradicionales proporcionan un mejor rendimiento que los sistemas prototipo que utilizan sensores de fibra óptica. También, Los sismómetros detectan los movimientos del suelo en tres direcciones, mientras que las fibras ópticas solo detectan a lo largo de la dirección de la fibra.

El arreglo de fibra óptica de Stanford de 3 millas y la adquisición de datos fueron posibles gracias a un esfuerzo colectivo de los servicios de TI de Stanford, Geofísica de Stanford, y OptaSense Ltd. El apoyo financiero fue proporcionado por el Proyecto de Exploración de Stanford, el Departamento de Energía de EE. UU. y la Beca Schlumberger.

La siguiente fase del proyecto implica una matriz de prueba mucho más grande. Recientemente se formó un bucle de 27 millas al unir fibras ópticas en el campus histórico de Stanford con fibras en varios otros lugares cercanos.

Los otros autores de la Tierra sólida de JGR papel son Biondo Biondi de Stanford, Mathieu Perton de la Universidad Nacional Autónoma de México y Eileen Martin de Virginia Tech.