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Sismología
Red mundial de cables de fibra óptica serían utilizado para monitoreo sísmico

Red mundial de cables de fibra óptica serían utilizado para monitoreo sísmico

Con el desarrollo de las telecomunicaciones en 1980, una vasta red mundial de cables de fibra óptica fue tendida en los fondos oceánicos del planeta. Sorteando obstáculos como montañas submarinas, grandes planicies y fosas oceánicas. La amplia distribución de estas redes y su ubicación en lugares sísmicos puso la posibilidad de utilizarla para monitorear la actividad sísmica mundial y tsunamis.

Zhongwen Zhan, profesor del Instituto Tecnológico de California desarrolló un método para utilizar las señales que viajan por los cables de fibra óptica. ya instalados bajo el océano. Lo novedoso es que no existe la necesidad de instalar nuevos instrumentos junto al respectivo alto costo que involucra colocar una infraestructura como esta.

red mundial de cables



Imagen 01: red mundial de cables submarinos de fibra óptica en el mundo.

Esta idea no es reciente, en años anteriores se propuso utilizar aquellas líneas que no estaban en operación o con un flujo de información reducido. El método que proponen los autores involucra utilizar líneas activas mediante variaciones en la intensidad de las señales recibidas. Las cuales se ha visto, se ven afectadas en su polaridad cuando las ondas sísmicas interactúan con los cables de fibra óptica.

Polaridad: el principio fundamental

La red mundial de cables submarinos funciona a través de láseres que envían pulsos a una velocidad superior a los 200 mil kilómetros por segundo. Estos ases de luz son filtrados por un polarizador para que oscilen en una dirección y que estas no interactúen entre ellas. Esto evita la interferencia de señales, mientras que una serie de receptores ubicados en los extremos verifican el cambio de la polaridad de la señal. Son varios los fenómenos que pueden afectar dicha polaridad en la señal enviada a través de la fibra óptica. Por ejemplo, los rayos en las tormentas y los cambios de temperatura, algo que se ha observado en aquellos cables ubicados en la superficie terrestre. Sin embargo, por las condiciones estables de los fondos marinos, es poco usual observar variaciones o fenómenos que puedan alterar su polaridad, salvo algunos extraordinarios.

Método de identificación

Utilizando el cable Curie que conecta la ciudad de Los Ángeles Valparaíso se identificaron variaciones en la señal cuando ocurrían sismos. La polaridad de la señal recibida era afectada drásticamente y repentinamente, permitiendo identificar dichos eventos en los receptores ubicados en ambas ciudades casi inmediatamente.

Debido a la velocidad de las ondas sísmicas y su distancia con los sismógrafos, el tiempo de detección va de segundos a varios minutos. La detección del cambio de polaridad en la red mundial de cables de fibra óptica puede detectarse de manera instantánea. Con este procedimiento, se tendría un mecanismo que permitiría identificar un evento casi de manera inmediata. El mismo efecto de cambio de polaridad en las señales se ha observado con grandes tormentas y tsunamis.

Los resultados arrojados por un estudio realizado entre diciembre de 2019 y septiembre de 2020 confirmaron que 20 sismos fueron detectados por el cable Curie. Entre ellos el sismo del 28 de enero de 2020 cercano a las costas de Jamaica. De igual forma se detectó el sismo del 01 de septiembre de 2020 a las afueras de la costa de Vallenar, Chile y magnitud 6.8. Lo mismo con el sismo de Oaxaca de magnitud 7.4 ocurrido el 23 de junio de 2020.

red mundial de cables

Imagen 02: espectrograma de la señal del cable Curie donde se puede identificar el sismo de Vallenar, Chile y cinco de sus réplicas.  (Tomado de Zhan, 2021)

Limitaciones del método

Aunque se logró demostrar que con los saltos en la polarización de los ases de luz es posible detectar sismos, ningún tsunami fue detectado. De acuerdo con los autores, las olas de tormenta producen los cambios de la polaridad en la señal y puede utilizarse para detectar tsunamis. Esto ayudaría a la red de boyas de detección de tsunamis ubicadas en la superficie del mar. Esto puede reducir el tiempo de detección y aumentar el tiempo de alerta a zonas costeras del mundo.

Otra de las limitaciones del estudio, es que aún no se tienen una manera de ubicar espacialmente los sismos detectados. Es decir, no existe aún una forma de ubicar el epicentro del sismo, aunque éste estudio podría significar un primer avance. Sobretodo pensando que utilizar los casi 1 millón de kilómetros de cable de fibra óptica que se encuentran debajo del mar. Para ello, se está trabajando en un algoritmo que permita ubicar el primer punto de alteración de la señal. Para que a través de cálculos computacionales se pueda determinar en unos pocos segundos donde se originó el sismo.

El paso siguiente

Con el desarrollo del algoritmo de localización, también se busca desarrollar un procedimiento que permita identificar el origen sísmico de estas variaciones en la polaridad. Y que las señales detectadas no sean confundidas con perturbaciones como olas de tormenta, el paso de embarcaciones e incluso, fauna marina.

Todo esto busca encontrar un método de detección y notificación automatizada para proporcionar datos e información, en conjunto con la red mundial de cables. Junto a las boyas de detección de tsunamis el primer paso permitará tener un método más rápido de monitoreo sísmico. Luego evolucionar a un sistema de alertamiento sísmico para regiones donde aún no se cuente con una infraestructura similar, ya sea por falta de equipos o por las condiciones geológicas de la zona.

Instituto de Investigaciones Geológicas y Atmosféricas A.C.

Referencias:

Zhan, Z., Cantono, M., Kamalov, V., Mecozzi, A., Müller, R., Yin, S., & Castellanos, J. C. (2021). Optical polarization–based seismic and water wave sensing on transoceanic cables. Science, 371(6532), 931-936.

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