Miles de millas de fibras ópticas enterradas se entrecruzan en el área de la bahía de San Francisco en California y brindan Internet de alta velocidad y video HD a hogares y negocios.

Biondo Biondi, profesor de geofísica en la Escuela de la Tierra de Stanford, Ciencias energéticas y ambientales, sueña con convertir esa densa red en un observatorio económico de "mil millones de sensores" para monitorear y estudiar continuamente los terremotos.

Durante el año pasado, El grupo de Biondi ha demostrado que es posible convertir las sacudidas de los hilos de fibra óptica perturbados en información sobre la dirección y la magnitud de los eventos sísmicos.

Los investigadores han estado registrando esas sacudidas sísmicas en un bucle de fibra óptica de 3 millas instalado debajo del campus de la Universidad de Stanford con instrumentos llamados interrogadores láser proporcionados por la empresa OptaSense. que es coautor de publicaciones sobre la investigación.

"Podemos escuchar continuamente, y escuchar bien, la Tierra utilizando fibras ópticas preexistentes que se han implementado con fines de telecomunicaciones, "Dijo Biondi.

Actualmente los investigadores monitorean los terremotos con sismómetros, que son más sensibles que la matriz de telecomunicaciones propuesta, pero su cobertura es escasa y su instalación y mantenimiento pueden resultar difíciles y costosos, especialmente en áreas urbanas.

Por el contrario, un observatorio sísmico como el que propone Biondi sería relativamente económico de operar. "Cada metro de fibra óptica de nuestra red actúa como un sensor y su instalación cuesta menos de un dólar, ", Dijo Biondi." Nunca podrá crear una red utilizando sismómetros convencionales con ese tipo de cobertura, densidad y precio ".

Una red de este tipo permitiría a los científicos estudiar terremotos, especialmente los más pequeños, con mayor detalle e identificar sus fuentes más rápidamente de lo que es posible actualmente. Una mayor cobertura del sensor también permitiría mediciones de mayor resolución de las respuestas del suelo a los temblores.

"Los ingenieros civiles podrían tomar lo que aprenden sobre cómo los edificios y puentes responden a pequeños terremotos del conjunto de mil millones de sensores y usar esa información para diseñar edificios que puedan resistir mayores sacudidas, "dijo Eileen Martin, estudiante de posgrado en el laboratorio de Biondi.

De la retrodispersión a la señal

Las fibras ópticas son hebras delgadas de vidrio puro del grosor de un cabello humano. Por lo general, se agrupan para crear cables que transmiten señales de datos a largas distancias mediante la conversión de señales electrónicas en luz.

Biondi no es el primero en imaginar el uso de fibras ópticas para monitorear el medio ambiente. Una tecnología conocida como detección acústica distribuida (DAS) ya monitorea el estado de tuberías y pozos en la industria del petróleo y el gas.

"El funcionamiento del DAS es que, a medida que la luz viaja a lo largo de la fibra, encuentra varias impurezas en el vidrio y rebota, ", Dijo Martin." Si la fibra estuviera totalmente estacionaria, esa señal de 'retrodispersión' siempre se vería igual. Pero si la fibra comienza a estirarse en algunas áreas, debido a vibraciones o tensión, la señal cambia ".

Implementación previa de este tipo de detección acústica, sin embargo, requirió que las fibras ópticas se fijaran costosamente a una superficie o estuvieran revestidas de cemento para maximizar el contacto con el suelo y asegurar la más alta calidad de datos. A diferencia de, El proyecto de Biondi bajo Stanford, denominado observatorio sísmico de fibra óptica, emplea las mismas fibras ópticas que las empresas de telecomunicaciones, que se encuentran inseguros y flotando libremente dentro de la tubería de plástico hueca.

"La gente no creía que esto funcionaría, ", Dijo Martin." Siempre asumieron que una fibra óptica desacoplada generaría demasiado ruido de señal para ser útil ".

Pero desde que el observatorio sísmico de fibra óptica en Stanford comenzó a funcionar en septiembre de 2016, ha registrado y catalogado más de 800 eventos, que van desde eventos hechos por el hombre y pequeños, apenas sentí temblores locales a poderosos, catástrofes mortales como los terremotos recientes que afectaron a más de 2, 000 millas de distancia en México. En un experimento particularmente revelador, la matriz subterránea recogió señales de dos pequeños terremotos locales con magnitudes de 1,6 y 1,8.

"Como se esperaba, ambos terremotos tuvieron la misma forma de onda, o patrón, porque se originaron en el mismo lugar, pero la amplitud del terremoto más grande fue mayor, ", Dijo Biondi." Esto demuestra que el observatorio sísmico de fibra óptica puede distinguir correctamente entre terremotos de diferente magnitud ".

Crucialmente, la matriz también detectó y distinguió entre dos tipos diferentes de ondas que viajan a través de la Tierra, llamadas ondas P y S. "Uno de nuestros objetivos es contribuir a un sistema de alerta temprana de terremotos. Eso requerirá la capacidad de detectar ondas P, que generalmente son menos dañinos que las ondas S pero llegan mucho antes, "Dijo Martin.

El observatorio sísmico de fibra óptica en Stanford es solo el primer paso hacia el desarrollo de una red sísmica en todo el Área de la Bahía, Biondi dijo:y todavía quedan muchos obstáculos por superar, como demostrar que la matriz puede funcionar a escala de toda la ciudad.