Cables de fibra óptica: sensores invisibles para anticipar terremotos y desastres

Cables de fibra óptica: sensores invisibles para anticipar terremotos y desastres

El principio de DAS permite transformar infraestructuras de telecomunicaciones en sistemas de alerta temprana, con aplicaciones que van desde la cartografía geológica hasta la detección de fugas y vibraciones superficiales, revela New Scientist

Bajo las calles de Estambul, un cable de fibra óptica que alguna vez permaneció inactivo se ha convertido en una herramienta clave para descifrar los secretos del subsuelo y anticipar los riesgos de terremotos. Lo que antes era solo una vía para datos y llamadas, ahora permite a los científicos captar vibraciones subterráneas con una precisión sin precedentes, abriendo la puerta a una nueva era en la prevención de desastres naturales.

Según un reportaje de New Scientist, este avance tecnológico, que reutiliza infraestructuras de telecomunicaciones existentes, ya está transformando la forma en que las ciudades vulnerables como Estambul se preparan ante amenazas sísmicas.

Cómo los cables de fibra óptica detectan vibraciones: el principio de DAS

La base de esta innovación radica en el uso de cables de fibra óptica para captar las ondas sísmicas que recorren el subsuelo. Tradicionalmente, han servido como el esqueleto invisible de internet, telefonía y televisión, extendiéndose por más de 4.000 millones de kilómetros bajo ciudades y océanos. Sin embargo, los investigadores han descubierto que, al enviar pulsos de luz láser a través de estos cables, pueden detectar cambios minúsculos en la fibra causados por vibraciones subterráneas.

El principio técnico detrás de este método se conoce como “Detección Acústica Distribuida”, o en inglés distributed acoustic sensing (DAS). Cuando una vibración, como la de un terremoto, estira o dobla la fibra óptica, se producen pequeñas demoras en la luz reflejada hacia el origen del cable.

Un dispositivo llamado interrogador interpreta estos cambios en el “backscatter” (la retrodispersión de la luz) para identificar el lugar exacto y la intensidad de la vibración. Así, los científicos pueden reconstruir el patrón de los temblores a lo largo de todo el cable, obteniendo una imagen detallada del movimiento subterráneo.

La técnica de DAS surgió hace poco más de una década, inicialmente en la industria petrolera, donde se utilizaba para monitorear pozos mediante cables de fibra óptica insertados junto a las perforaciones.

Pronto, su uso se extendió a otras áreas, desde el seguimiento de animales por sus pisadas hasta la medición de la humedad del suelo. “Tienes un nuevo martillo, tienes que buscar todos los clavos posibles”, explicó Andreas Fichtner, investigador de ETH Zurich, en declaraciones recogidas por New Scientist.

Estambul: monitoreo sísmico y validación durante el terremoto de 2023

Estambul, muy expuesta a riesgos sísmicos en el mundo, se ha convertido en un laboratorio natural para esta tecnología. En febrero de 2023, una serie de terremotos devastó el sur de Turquía y Siria, dejando más de 55.000 víctimas mortales y destruyendo cientos de miles de edificios. Aunque la ciudad turca, situada a más de 800 kilómetros del epicentro, no sufrió daños graves, las ondas sísmicas la alcanzaron.

Por coincidencia, un equipo liderado por Andreas Fichtner y Daniel Bowden, ambos de ETH Zurich, había comenzado a monitorear un cable de fibra óptica inactivo de 8 kilómetros bajo varios barrios densamente poblados de Estambul solo tres días antes del sismo.

“En cuanto supimos del terremoto, corrimos al portátil y abrimos los datos”, relató Bowden a New Scientist. El objetivo inicial era mapear el riesgo sísmico de la zona registrando vibraciones ambientales, como las generadas por el tráfico y las mareas oceánicas.

Antes del terremoto, el equipo ya había recopilado suficiente información para crear un modelo detallado de la geología local, identificando que algunas áreas a lo largo del cable podían experimentar hasta diez veces más sacudidas que calles adyacentes. La llegada del sismo permitió validar estos modelos, demostrando que los cables de fibra óptica pueden predecir con fiabilidad el riesgo sísmico a nivel de manzana.

Según Bowden, el gobierno de Estambul ahora dispone de estos datos para orientar normativas de construcción y proyectos urbanos en las zonas monitoreadas.

Expansión a otras ciudades: proyectos en Atenas y Reino Unido

El éxito en Estambul ha impulsado la expansión de esta tecnología a otras grandes urbes. Desde mayo, el equipo de Fichtner ha desplegado cuatro cables de fibra óptica inactivos, cada uno de 50 kilómetros, para mapear el subsuelo de unos 900 kilómetros cuadrados en Atenas, Grecia.

Los cables rodean la ciudad y la cruzan en forma de “X”, lo que permitirá crear un mapa tridimensional de la geología y el riesgo sísmico de la capital griega.

“Nunca hemos hecho algo de esta magnitud”, afirmó Fichtner a New Scientist, destacando que la geometría de los cables es ideal para los objetivos de la investigación. Además, el proyecto busca probar la detección de “microquakes”, pequeños temblores que podrían anticipar movimientos sísmicos más peligrosos.

En el Reino Unido, Rafael Mestre, de la University of Southampton, lidera un proyecto aún más ambicioso que conecta Southampton, Londres y Cambridge mediante una red de fibra óptica inactiva. “Nadie ha hecho adquisición de datos a gran escala en ciudades tan grandes como esta”, señaló.

Aunque estas ciudades no son especialmente propensas a terremotos, la información obtenida puede aplicarse a la detección de fugas en tuberías subterráneas, la evaluación de la estabilidad de cimientos y la identificación de vibraciones superficiales, como el ruido de aeropuertos cercanos.

Resultados y aplicaciones adicionales: volcanes, corteza-manto y alertas de tsunami

El potencial de los cables de fibra óptica va más allá de la detección de terremotos urbanos. En California, el equipo de Jonathan Ajo-Franklin, de Rice University, utilizó un cable inactivo para mapear ondas sísmicas ambientales, lo que permitió descubrir un reservorio geotérmico previamente ignorado, con posibilidades de generación eléctrica.

En Islandia, investigadores del California Institute of Technology emplearon cables alrededor de un sistema volcánico para detectar señales tempranas de erupción.

La tecnología también se ha probado en cables submarinos. Un grupo de la University of California, Berkeley, ha demostrado que el monitoreo de terremotos en cuencas oceánicas mediante fibras ópticas puede reducir en segundos el tiempo de alerta, lo que, en el caso de tsunamis, podría traducirse en minutos vitales para la evacuación.

En el ámbito de la investigación profunda, James Atterholt, del US Geological Survey (USGS), y su equipo han utilizado un cable de 100 kilómetros en California para cartografiar con detalle la frontera entre la corteza y el manto terrestre, conocida como la línea de Moho. “Es emocionante pensar en imaginar la Tierra a una resolución mucho mayor”, declaró a New Scientist.

El USGS explora ahora el uso de cables en la Triple Unión de Mendocino, una de las zonas tectónicas más activas de Estados Unidos, con el objetivo de comprender mejor la generación de grandes terremotos.

Limitaciones y desafíos: ruido, privacidad y acceso a la infraestructura

A pesar de los avances, la tecnología enfrenta obstáculos significativos. El volumen de datos recogidos por los cables puede ser abrumador y difícil de interpretar, especialmente para el monitoreo en tiempo real. “Los datos son muy difíciles. Son un caos”, reconoció Fichtner en el reportaje de New Scientist.

Otro reto es la concentración de cables en zonas urbanas, lo que limita su utilidad en áreas remotas. Además, el acceso a la infraestructura depende de la colaboración de empresas de telecomunicaciones y gobiernos, lo que puede complicar la implementación de proyectos a gran escala.

La sensibilidad de los cables también plantea inquietudes sobre la privacidad. Según Mestre, la tecnología podría, en teoría, detectar incluso pasos o voces, lo que abre debates sobre el uso y la protección de los datos recogidos sin el conocimiento de la población.