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Detectores de fibra oscura

Los cables de fibra óptica dispuestos bajo las ciudades, sobre los glaciares y a lo largo del fondo marino podrían captar las vibraciones sísmicas.

Enviar luz láser a lo largo de cables de fibra óptica puede servir para medir vibraciones de forma muy detallada. [GETTY IMAGES]

Celeste Labedz escuchó un sonido similar a un trueno que atravesaba la masa de hielo. Se encontraba sobre el glaciar Taku, en Alaska, una vasta extensión de hielo cubierta de nieve y flanqueada por imponentes montañas, cuando se produjo el «terremoto glacial»: un efímero temblor sísmico causado por el movimiento repentino del glaciar. Enseguida buscó su libreta y anotó la hora. Más tarde Labedz, estudiante de doctorado en el Instituto de Tecnología de California, cotejaría esa hora con los datos de un cable de fibra óptica que acababa de instalar junto a sus colaboradores para estudiar ese tipo de seísmos. Se trata de un método nuevo y prometedor que está revolucionando la geología y otras disciplinas afines.

La información se transmite a través de un cable de fibra óptica mediante pulsos de luz láser. La mayoría de la luz avanza a través de los finísimos hilos de vidrio, pero es inevitable que una pequeña fracción tropiece con defectos microscópicos del cable y regrese en dirección a la fuente. Esta reflexión varía cuando el cable se estira o se curva en respuesta a vibraciones del suelo, como las causadas por un terremoto o el paso de un camión. Así, observando cambios en la luz retrodispersada, los científicos pueden cuantificar los temblores. Desarrollada hace un década por la industria del petróleo, esta técnica, conocida como detección acústica distribuida (DAS), se ha introducido hace poco en la ciencia. «La comunidad [que investiga en DAS] ha crecido rápidamente en el último par de años», afirma Jonathan Ajo-Franklin, geofísico de la Universidad Rice, en Houston. El pasado diciembre, una conferencia organizada por la Unión Geofísica Americana reunió a científicos que habían empleado esta técnica para estudiar glaciares, seguir la evolución de tormentas eléctricas y asomarse a las profundidades oceánicas.

Una de las principales ventajas de la DAS es que los cables de fibra óptica pueden extenderse a lo largo de muchos kilómetros, y uno solo de ellos puede actuar como una red de miles de sensores que cubren cada metro de su recorrido. Por el contrario, los sismómetros convencionales registran los movimientos del suelo en un único punto, lo que constituye un obstáculo importante a la hora de caracterizar el interior de la Tierra. Por ejemplo, cuando el monte Santa Elena comenzó a retumbar antes de su catastrófica erupción de 1980, el hecho de que solo hubiera un sismómetro en las inmediaciones impidió a los científicos determinar si las sacudidas respondían realmente al despertar del volcán. «Podemos pensar en ello en términos de farolas», explica Nathaniel Lindsey, geofísico que actualmente trabaja en la Universidad Stanford. «Si solo disponemos de unas pocas farolas para iluminar todo el volcán, no funcionará demasiado bien.»

Una segunda ventaja es que los cables de fibra óptica ya atraviesan el planeta. Aunque en algunos lugares, como el glaciar Taku, todavía hay que instalarlos, en otros (como algunas ciudades o puntos del fondo marino) ya existen cables que no se usan o que pueden adaptarse para la DAS. Mucha de esa disponibilidad se debe a la burbuja de las puntocom en la década de los noventa, cuando las compañías de telecomunicaciones desplegaron una extensa red de cables; algunos de ellos, conocidos colectivamente como fibra oscura, no están siendo explotados. Los científicos no tienen más que conectar uno de sus extremos a una unidad «interrogadora», que emite pulsos láser hacia el otro extremo y registra la retrodispersión, y ya tendrán lista una nueva red de detección de ondas sísmicas.

El año pasado, Tieyuan Zhu, geofísico de la Universidad Estatal de Pensilvania, adaptó algunos cables de fibra sin usar de la red universitaria para buscar leves vibraciones bajo el campus. Le sorprendió hallar múltiples ruidos en sus datos durante una tormenta eléctrica nocturna. Aunque los científicos saben desde hace tiempo que las vibraciones del aire producidas por estruendos pueden inducir temblores en la superficie terrestre, no estaba claro que la nueva técnica fuera capaz de detectarlos. Pero cuando Zhu sincronizó sus resultados con los datos de la NASA, no hubo lugar a dudas. «Creo que esta tecnología tiene un gran potencial para “iluminar” las áreas urbanas», sostiene el científico. «Y no solo en cuanto al estudio de terremotos, sino también de riesgos geológicos [como deslizamientos y tsunamis] y fenómenos meteorológicos.»

Otros investigadores apuntan más lejos. En un trabajo publicado el pasado noviembre en Science, Lindsey, Ajo-Franklin y Craig Dawe, del Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterrey, conectaron una unidad interrogadora a un cable de fibra óptica de 20 kilómetros que normalmente se emplea para transmitir los datos de los instrumentos científicos instalados en el fondo marino de la bahía de Monterrey, en California. El sistema se encontraba fuera de servicio por mantenimiento, lo que brindó a los científicos la oportunidad de buscar vibraciones. En solo cuatro días cartografiaron múltiples zonas de fallas submarinas y caracterizaron los temblores del fondo marino causados por el oleaje superficial. Unos mapas más detallados del fondo marino permitirían a los científicos predecir mejor los terremotos y las erupciones submarinas, fenómenos que pueden originar tsunamis potencialmente mortales.

Respecto a su aplicación en glaciares, Labedz y sus colaboradores han convertido un único cable en 3000 detectores sísmicos. Los primeros resultados muestran un período de cinco horas con 100 terremotos glaciales, muchos de ellos probablemente originados por el agua de deshielo al abrir grietas en el glaciar. Zhongwen Zhan, sismólogo del Instituto de Tecnología de California y director de tesis de Labedz, espera colocar algún día cables de fibra óptica permanentes en Groenlandia o en la Antártida, a fin de entender mejor cómo contribuye la fusión de los glaciares causada por el cambio climático a la subida del nivel del mar.

Pero Zhan tiene un sueño aún más ambicioso: implementar el equivalente a un millón de sensores en California empleando unos 1000 kilómetros de fibra oscura. Ya ha transformado 37 kilómetros en una red de vigilancia sísmica permanente bajo Pasadena y pretende hacer lo propio en otras ciudades del estado. Los datos podrían servir para revelar vulnerabilidades en las infraestructuras urbanas y para alertar a la población al iniciarse un terremoto. «Resultará de gran ayuda para preparar a la población», asegura Zhan. De momento, los científicos no son capaces de predecir los terremotos, pero comprender mejor los temblores precursores que en ocasiones conducen a un gran seísmo no puede venirles mal.

«Cualquier nuevo dato sobre el modo exacto en que comienzan y se gestan los terremotos podría representar un punto de inflexión», señala Robert Mellors, sismólogo del Laboratorio Nacional Lawrence en Livermore que no participó en la investigación.

Sin embargo, el volumen de datos también plantea un problema de procesamiento. Un único cable de fibra óptica de un sistema de DAS puede generar 10 teraoctetos diarios; en 100 días se llegaría a un petaocteto, una cifra superior a la que contiene el repositorio internacional que reúne todos los datos sísmicos disponibles en el mundo. Antes de empezar a aprovechar la fibra oscura y a desplegar cables en áreas remotas, los científicos deberán concebir un método para almacenar y compartir cantidades ingentes de información.

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