Las tormentas eléctricas no solo producen luz y sonido. Parte de la energía generada por los truenos puede transmitirse al terreno y provocar pequeñas vibraciones sísmicas. Ahora, un equipo de científicos ha demostrado que estas señales, conocidas como «sismotruenos», pueden utilizarse para obtener imágenes del subsuelo y localizar estructuras geológicas que hasta ahora habían pasado inadvertidas.
458 sismotruenos utilizados para estudiar el subsuelo
La investigación, publicada en Science Advances, analizó 458 sismotruenos generados durante tormentas y comprobó que sus ondas permiten estudiar el terreno hasta aproximadamente 100 metros de profundidad.
El trabajo demuestra que la energía acústica de los truenos, una vez transferida al suelo, puede aprovecharse para realizar tomografía sísmica. Para captar las vibraciones, los investigadores utilizaron cables de fibra óptica de telecomunicaciones ya instalados bajo el campus de la Universidad Estatal de Pensilvania (Penn State), en Estados Unidos.
Esta estrategia podría ofrecer una alternativa para estudiar regiones donde los terremotos son poco frecuentes, instalar redes convencionales de sismómetros resulta costoso o las características de las ciudades dificultan las prospecciones geológicas.
Cómo un trueno puede convertirse en una señal sísmica
Un relámpago calienta de manera extremadamente rápida el aire que atraviesa. Esa expansión genera ondas de presión que percibimos como un trueno. Sin embargo, cuando parte de la energía acústica alcanza la superficie terrestre puede acoplarse al suelo y transformarse en ondas sísmicas.
La fibra óptica funciona como una extensa red de sensores
Aunque el fenómeno era conocido, obtener información geológica precisa a partir de estas señales planteaba importantes dificultades. Los truenos proceden de canales de descarga irregulares y extensos, por lo que generan un campo acústico mucho más complejo que el de una fuente sísmica controlada.
Los científicos recurrieron a la detección acústica distribuida (DAS), una tecnología que permite transformar un cable de fibra óptica en una larga sucesión de sensores.
El procedimiento consiste en enviar pulsos láser por la fibra y estudiar pequeñas variaciones en la luz que regresa. Cuando las ondas sísmicas estiran o comprimen mínimamente el cable, esos movimientos producen señales que pueden registrarse.
El equipo aprovechó alrededor de cuatro kilómetros de fibra óptica de telecomunicaciones existente bajo el campus de Penn State. El sistema realizaba cientos de mediciones por segundo en puntos separados por pocos metros.
Tras analizar 2,5 años de registros continuos y contrastarlos con datos de actividad eléctrica atmosférica, los investigadores elaboraron un catálogo de 458 sismotruenos de alta calidad.
Una tomografía revela zonas débiles que no habían sido detectadas
El siguiente paso consistió en utilizar las señales para realizar una tomografía sísmica. Esta técnica reconstruye las propiedades del interior del terreno estudiando cómo cambia la velocidad de las ondas cuando atraviesan materiales con características diferentes.
Habitualmente se emplean terremotos o fuentes sísmicas creadas específicamente para las prospecciones. El equipo dirigido por Tieyuan Zhu, con Nolan Roth como primer autor, utilizó en cambio la energía proporcionada por las tormentas.
Los investigadores identificaron ondas de Rayleigh coherentes relacionadas con los sismotruenos. Mediante interferometría, apilamiento de señales y técnicas de modelización, reconstruyeron la velocidad de las ondas de corte y obtuvieron una imagen del terreno hasta unos 100 metros de profundidad.
Anomalías en un terreno kárstico
La tomografía mostró varias zonas débiles que no habían sido identificadas anteriormente. El campus está situado sobre terreno kárstico, formado en rocas solubles como la caliza, donde la circulación del agua puede originar fracturas, cavidades y otras estructuras subterráneas.
Para comprobar que las anomalías no eran simples artefactos de la técnica, los científicos compararon sus resultados con información obtenida mediante sondeos, estudios de ingeniería y mediciones de deformación superficial realizadas con radar de apertura sintética interferométrica (InSAR).
Algunas anomalías coincidieron con áreas donde también se habían detectado deformaciones en la superficie. Esta correspondencia respalda la posibilidad de que los sismotruenos estén revelando estructuras geológicas reales.
Una herramienta potencial para estudiar hundimientos y aguas subterráneas
La capacidad para localizar materiales fracturados, sedimentos poco consolidados o zonas con mayor presencia de agua podría tener aplicaciones en el análisis de terrenos kársticos y en la evaluación de áreas susceptibles de sufrir hundimientos.
La tomografía del subsuelo también se utiliza para investigar deslizamientos, acuíferos, recursos minerales, volcanes, cámaras magmáticas y la estabilidad del terreno antes de desarrollar determinadas infraestructuras.
Otra ventaja es la posibilidad de aprovechar redes de fibra óptica que ya existen en numerosas ciudades. Bajo las condiciones adecuadas, estas infraestructuras podrían funcionar como grandes redes de observación geofísica sin necesidad de instalar miles de sensores independientes.
De las tormentas a los meteoros y las erupciones volcánicas
Los investigadores advierten de que el estudio constituye todavía una prueba de concepto. No todas las tormentas permiten obtener imágenes claras y será necesario determinar si el método funciona con la misma eficacia en otros tipos de terreno, configuraciones de fibra óptica y condiciones meteorológicas.
Sin embargo, el principio físico podría extenderse más allá de los truenos. Fenómenos como las explosiones de meteoros en la atmósfera, las erupciones volcánicas o las ondas de choque intensas también pueden transferir energía al terreno y convertirse potencialmente en fuentes naturales de información sísmica.
El estudio abre así una nueva vía para observar el interior de la Tierra: aprovechar fenómenos atmosféricos y redes de telecomunicaciones existentes para estudiar estructuras ocultas sin necesidad de excavar. Los sismotruenos podrían convertirse en una herramienta complementaria para conocer mejor el subsuelo y detectar zonas geológicamente vulnerables.
Rafael Alberti escribe para Morelos Habla sobre actualidad, política, negocios, tecnología, deportes, entretenimiento y estilo de vida. Se enfoca en ofrecer información clara, útil y confiable, ayudando a los lectores a mantenerse informados sobre los acontecimientos y temas más relevantes.
