En la sismología tradicional, los investigadores que estudian cómo se mueve la Tierra en los momentos previos, durante y después de un terremoto dependen de sensores que cuestan decenas de miles de dólares fabricarlos e instalarlos bajo tierra. Y debido a los gastos y mano de obra involucrados, solo unSe han instalado pocos sensores sísmicos en áreas remotas de California, lo que dificulta la comprensión de los impactos de futuros terremotos, así como pequeños terremotos que ocurren en fallas no asignadas.
Ahora los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de los EE. UU. Berkeley Lab han descubierto una forma de superar estos obstáculos girando partes de un banco de pruebas de 13,000 millas de largo de "fibra oscura", cable de fibra óptica sin usar propiedadpor el DOE Energy Sciences Network ESnet, en un sensor de actividad sísmica altamente sensible que podría aumentar el rendimiento de los sistemas de alerta temprana de terremotos que se están desarrollando actualmente en el oeste de los Estados Unidos. El estudio detalla el trabajo, el primero en emplear un granred regional como sensor de terremotos - se publicó esta semana en Nature's Informes científicos .
Sacudiendo la sismología con fibra oscura
Según Jonathan Ajo-Franklin, un científico del personal en el Área de Ciencias Ambientales y de Tierra de Berkeley Lab que dirigió el estudio, hay aproximadamente 10 millones de kilómetros de cable de fibra óptica en todo el mundo, y alrededor del 10 por ciento de eso consiste en fibra oscura.
El grupo Ajo-Franklin ha estado trabajando para este tipo de experimento durante varios años. En un estudio de 2017, instalaron un cable de fibra óptica en una zanja poco profunda en Richmond, California, y demostraron que una nueva tecnología de detección llamada acústica distribuidala detección DAS podría usarse para obtener imágenes del subsuelo superficial. DAS es una tecnología que mide los campos de ondas sísmicas disparando pulsos láser cortos a lo largo de la fibra. En un estudio de seguimiento, ellos y un grupo de colaboradores demostraronprimera vez que los cables de fibra óptica podrían usarse como sensores para detectar terremotos.
El estudio actual utiliza la misma técnica DAS, pero en lugar de desplegar su propio cable de fibra óptica, los investigadores realizaron sus experimentos en un segmento de 20 millas del banco de pruebas de fibra oscura ESnet de 13,000 millas de largo que se extiende desde West Sacramento hastaWoodland, California. "Para verificar aún más nuestros resultados del estudio de 2017, sabíamos que necesitaríamos realizar las pruebas DAS en una red de fibra oscura real", dijo Ajo-Franklin, quien también dirige el Departamento de Geofísica del Laboratorio Berkeley.
"Cuando Jonathan se me acercó para usar nuestro banco de pruebas de fibra oscura, ni siquiera sabía que era posible" usar una red como sensor, dijo Inder Monga, director ejecutivo de ESnet y director de la División de Redes Científicas en Berkeley Lab"Nadie había hecho este trabajo antes. Pero las posibilidades eran tremendas, así que dije: '¡Claro, hagamos esto!"
Chris Tracy de ESnet trabajó en estrecha colaboración con los investigadores para determinar la logística de la implementación. La compañía de telecomunicaciones CenturyLink proporcionó información sobre la instalación de fibra.
Debido a que el banco de pruebas ESnet tiene cobertura regional, los investigadores pudieron monitorear la actividad sísmica y el ruido ambiental con mayor detalle que los estudios anteriores.
"La cobertura del banco de pruebas de fibra oscura ESnet nos proporcionó imágenes del subsuelo a una resolución más alta y a mayor escala de lo que hubiera sido posible con una red de sensores tradicional", dijo la coautora Verónica Rodríguez Tribaldos, investigadora postdoctoral en Ajo-Franklinlaboratorio ". Las redes sísmicas convencionales a menudo emplean solo unas pocas docenas de sensores separados por varios kilómetros para cubrir un área tan grande, pero con ESnet Testbed y DAS, tenemos 10,000 sensores en una línea con un espacio de dos metros. Esto significa quecon solo un cable de fibra óptica puede recopilar información muy detallada sobre la estructura del suelo durante varios meses ".
Profundizando para datos subterráneos
Después de siete meses de usar DAS para registrar datos a través del banco de pruebas de fibra oscura de ESnet, los investigadores probaron que los beneficios de usar una fibra comercial son múltiples ". Con solo escuchar durante 40 minutos, esta tecnología tiene el potencial de hacer aproximadamente 10 diferentescosas a la vez. Pudimos captar ondas de muy baja frecuencia de terremotos distantes, así como las frecuencias más altas generadas por vehículos cercanos ", dijo Ajo-Franklin. La tecnología permitió a los investigadores notar la diferencia entre un automóvil o un tren en movimiento versusun terremoto, y para detectar terremotos locales y distantes, desde Berkeley a Gilroy a Chiapas, México. La tecnología también se puede utilizar para caracterizar la calidad del suelo, proporcionar información sobre acuíferos e integrarse en estudios geotécnicos, agregó.
Con una imagen tan detallada del subsuelo, la tecnología tiene potencial para su uso en estudios de lapso de tiempo de las propiedades del suelo, dijo Rodríguez Tribaldos. Por ejemplo, en el monitoreo ambiental, esta herramienta podría usarse para detectar cambios de agua subterránea a largo plazo,la fusión del permafrost o los cambios hidrológicos involucrados en los riesgos de deslizamientos de tierra.
Los hallazgos del estudio actual también sugieren que los investigadores ya no tendrán que elegir entre la calidad de los datos y el costo. "Los sensores de los teléfonos celulares son económicos y nos dicen cuándo ocurre un gran terremoto cerca, pero no podrán registrar las vibraciones finas deel planeta ", dijo el coautor Nate Lindsey, un estudiante graduado de UC Berkeley que dirigió el trabajo de campo y el análisis de terremotos para el estudio de 2017." En este estudio, demostramos que la fibra óptica de bajo costo recoge esos pequeños movimientos de tierra con una calidad sorprendente."
Con 300 terabytes de datos en bruto recopilados para el estudio, los investigadores tuvieron el desafío de encontrar formas de gestionar y procesar de manera efectiva la "manguera de incendios" de la información sísmica. Ajo-Franklin expresó la esperanza de algún día construir un portal de datos sismológicos que combineESnet como sensor y mecanismo de transferencia de datos, con análisis y almacenamiento de datos a largo plazo administrado por la instalación de supercomputación de Berkeley Lab, NERSC Centro Nacional de Investigación Científica de Energía.
Monga agregó que a pesar de que el Dark Fiber Testbed pronto se encenderá para la próxima generación de ESnet, denominado "ESnet 6", puede haber secciones que podrían usarse para la sismología ". Aunque era completamente inesperado que ESnet - ared transatlántica dedicada a la investigación: podría utilizarse como un sensor sísmico, se adapta perfectamente a nuestra misión ", dijo." En ESnet, queremos permitir el descubrimiento científico sin restricciones geográficas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencias de revistas :
Cita esta página :