Los investigadores esperan convertir los kilómetros y kilómetros de fibra óptica ya enterrados bajo el área de la bahía de San Francisco, en California, en una red de sensores para detectar terremotos.
Las fibras ópticas son hebras delgadas de vidrio puro, aproximadamente del grosor de un cabello humano. Por lo general, se agrupan para crear cables que transmiten señales de datos a largas distancias convirtiendo señales electrónicas en luz, y proporcionan internet de alta velocidad y vídeo HD a hogares y empresas.
Biondo Biondi, profesor de geofísica de la Escuela de Ciencias de la Tierra, la Energía y el Medio Ambiente de la Universidad de Stanford, quiere convertir la densa red en un observatorio económico de «mil millones de sensores» para vigilar y estudiar continuamente los terremotos.
Durante el último año, Biondi y su equipo han demostrado que es posible convertir las vibraciones de hebras de fibra óptica perturbadas en información sobre la dirección y la magnitud de los fenómenos sísmicos.
Los investigadores han estado registrando esas vibraciones sísmicas en un circuito de tres millas de fibra óptica instalado bajo el campus de Stanford, con instrumentos llamados interrogadores láser proporcionados por la empresa OptaSense, coautora de publicaciones sobre la investigación.
«Podemos escuchar continuamente —y oír bien— la Tierra mediante fibras ópticas preexistentes instaladas con fines de telecomunicación», afirma Biondi.
Actualmente, los investigadores vigilan los terremotos con sismómetros, que son más sensibles que la red de telecomunicaciones propuesta, pero su cobertura es escasa y su instalación y mantenimiento pueden ser difíciles y costosos, especialmente en zonas urbanas.
En cambio, 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 cuesta menos de un dólar instalarlo», afirma Biondi. «Nunca se podrá crear una red con sismómetros convencionales que ofrezca ese nivel de cobertura y densidad a ese precio».
Una red así permitiría a los científicos estudiar los terremotos, sobre todo los más pequeños, con mayor detalle y localizar sus focos más rápidamente que ahora. Una mayor cobertura de sensores también permitiría medir con más resolución la respuesta del suelo a las sacudidas.
«Los ingenieros civiles podrían aprovechar lo que aprendan sobre cómo responden los edificios y los puentes a los terremotos pequeños a partir de la red de mil millones de sensores y usar esa información para diseñar edificios capaces de soportar sacudidas más fuertes», afirma Eileen Martin, estudiante de posgrado en el laboratorio de Biondi.
Biondi no es el primero en imaginar el uso de fibras ópticas para vigilar el medio ambiente. Una tecnología conocida como detección acústica distribuida (DAS, por sus siglas en inglés) ya se utiliza para vigilar el estado de tuberías y pozos en la industria del petróleo y el gas.
«El funcionamiento de la DAS consiste en que, mientras la luz viaja por la fibra, encuentra diversas impurezas en el vidrio y rebota», explica Martin. «Si la fibra permaneciera totalmente inmóvil, esa señal de “retrodispersión” siempre tendría el mismo aspecto. Pero si la fibra empieza a estirarse en algunas zonas —debido a vibraciones o tensiones—, la señal cambia».
Sin embargo, las primeras implementaciones de este tipo de detección acústica requerían fijar las fibras ópticas a una superficie, con un coste elevado, o encapsularlas en cemento para maximizar el contacto con el suelo y garantizar la máxima calidad de los datos. En cambio, el proyecto de Biondi en Stanford —denominado observatorio sísmico de fibra óptica— utiliza las mismas fibras ópticas que las empresas de telecomunicaciones, que reposan sueltas y flotan libremente dentro de tuberías huecas de plástico.
«La gente no creía que esto fuera a funcionar», afirma Martin. «Siempre supusieron que una fibra óptica desacoplada generaría demasiado ruido de señal para resultar útil».
Pero desde que el observatorio sísmico de fibra óptica comenzó a funcionar en septiembre de 2016, ha registrado y catalogado más de 800 eventos, desde fenómenos provocados por el ser humano y temblores locales pequeños, apenas perceptibles, hasta catástrofes potentes y mortales, como los recientes terremotos que sacudieron México, a más de 2.000 millas de distancia. En un experimento especialmente revelador, la red subterránea captó señales de dos terremotos locales pequeños, de magnitudes 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 sismo más fuerte fue mayor», afirma Biondi. «Esto demuestra que el observatorio sísmico de fibra óptica puede distinguir correctamente entre terremotos de distintas magnitudes».
La red también detectó y distinguió, algo crucial, dos tipos diferentes de ondas que viajan por la Tierra, llamadas ondas P y S. «Uno de nuestros objetivos es contribuir a un sistema de alerta temprana de terremotos. Para ello será necesario poder detectar las ondas P, que por lo general son menos dañinas que las ondas S, pero llegan mucho antes», afirma Martin.
El observatorio sísmico de fibra óptica es solo el primer paso para desarrollar una red sísmica en toda el área de la bahía, afirma Biondi, y todavía quedan muchos obstáculos por superar, como demostrar que la red puede funcionar a escala urbana.
