Un nuevo estudio de un investigador de la Universidad de Michigan y colegas de tres instituciones demuestra el potencial para usar las 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 ofrecen Internet de alta velocidad y video HD en nuestros hogares algún día podrían funcionar 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 de tierra durante los terremotos", dijo el sismólogo de la UM Zack Spica, primer autor de un artículo publicado en línea en febrero12 en el diario Tierra sólida 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 UM como profesor asistente en el Departamento de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente. Los coautores incluyen investigadores en Stanford yde México y Virginia.
"Esta es la primera vez que se utiliza la sismología de fibra óptica para obtener una medida estándar de las propiedades del subsuelo que utilizan los ingenieros de terremotos para anticipar la gravedad de la sacudida", dijo el geofísico Greg Beroza, coautor del artículoy el profesor Wayne Loel en la Escuela de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford.
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 delfibra, creando una "señal de retrodifusión" que es analizada por un dispositivo llamado interferómetro.
Los cambios en la señal de retrodispersión pueden revelar cómo la fibra se estira o comprime en respuesta a las perturbaciones pasajeras, incluidas las ondas sísmicas de los terremotos. La técnica se denomina detección acústica distribuida o DAS, y se ha utilizado durante años para controlar la salud de las tuberíasy pozos en la industria del petróleo y el gas.
El nuevo estudio en Tierra sólida JGR extiende el trabajo anterior con el bucle de prueba de 3 millas de Stanford al producir mapas de alta resolución del subsuelo superficial, que los científicos pueden usar para ver qué áreas sufrirán el temblor más fuerte en futuros terremotos, dijo Beroza.
Además, el estudio demuestra que las fibras ópticas se pueden usar 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 riesgo sísmico. Spica y sus colegasdicen que sus resultados concuerdan 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 Ángeles, 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 lo tienen como parte de su infraestructura, por lo 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 terremoto. La geología cercana a la superficie puede variar considerablemente de un barrio a otro, lo que pone de relieve la necesidad de información detallada 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, por ejemplo, miles de tales instrumentos en el área de Los Ángeles.
"En las zonas urbanas, es muy difícil encontrar un lugar para instalar estaciones sísmicas porque el asfalto está en todas partes", dijo Spica. "Además, muchas de estas tierras son privadas y no accesibles, y no siempre se puede salir de una estación sísmicaestar solo por el riesgo de robo.
"La fibra óptica podría algún día marcar el final de experimentos tan grandes y costosos. 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 también sea bastante económica, dijo Spica. Por lo general, los cables de fibra óptica comerciales contienen fibras no utilizadas que se pueden alquilar 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. Además, los sismómetros detectan movimientos del suelo en tres direcciones, mientras que las fibras ópticas solo detectan a lo largo de la dirección de la fibra.
La matriz 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, Stanford Geophysics y OptaSense Ltd. El Proyecto de Exploración de Stanford, el Departamento de Energía de EE. UU. YBeca Schlumberger.
La siguiente fase del proyecto involucra una matriz de prueba mucho más grande. Recientemente se formó un circuito 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 JGR el trabajo es Biondo Biondi de Stanford, Mathieu Perton de la Universidad Nacional Autónoma de México y Eileen Martin de Virginia Tech.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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