Una red de fibra óptica instalada bajo el campus de Penn State utilizó 458 “sismos de trueno” para estudiar estructuras situadas hasta unos 100 metros de profundidad
Redactor: Valentina Ríos
Editor: Karem Díaz S.
Investigadores de Estados Unidos demostraron que las ondas producidas por las tormentas eléctricas pueden utilizarse para obtener imágenes del subsuelo. El experimento, dirigido por científicos de la Universidad Estatal de Pensilvania, aprovechó cables de telecomunicaciones enterrados bajo su campus de University Park y señales sísmicas generadas por los truenos.
Estas vibraciones, denominadas “sismos de trueno” o thunderquakes, aparecen cuando las ondas acústicas que viajan por la atmósfera alcanzan la superficie y transfieren parte de su energía al terreno. El equipo logró convertirlas en una fuente para realizar tomografía sísmica de las capas poco profundas de la Tierra.
El estudio, publicado el 21 de agosto de 2026 en la revista Science Advances, representa una prueba de concepto. Sus autores sostienen que el método podría complementar las técnicas convencionales en ciudades, regiones con poca actividad sísmica y lugares donde desplegar equipos activos resulta costoso o difícil.
El trueno puede producir ondas dentro del terreno
Un rayo calienta rápidamente el aire circundante y provoca una expansión que genera el trueno. La onda acústica se propaga desde distintos puntos del canal de descarga hasta alcanzar edificios, vegetación y suelo.
Cuando esa energía llega a la superficie, una pequeña fracción se convierte en movimiento sísmico. Las vibraciones son demasiado débiles para ser percibidas por una persona, pero pueden registrarse con instrumentos suficientemente sensibles.
Tieyuan Zhu, profesor asociado de geociencias de Penn State y autor de correspondencia del estudio, explicó que el equipo demostró por primera vez la obtención exitosa de imágenes sísmicas utilizando esas señales como fuente.
Las ondas superficiales resultantes contienen información sobre los materiales por los que atraviesan. Su velocidad cambia según la rigidez, la fracturación, la porosidad y la presencia de agua, lo que permite inferir diferencias estructurales que no pueden observarse directamente.
El comportamiento de las ondas también se utiliza en investigaciones de mayor escala. Un análisis sobre las vibraciones producidas por el terremoto de Kamchatka mostró cómo las ondas superficiales pueden recorrer el planeta varias veces y revelar la respuesta elástica de la Tierra.
Un cable de cuatro kilómetros funcionó como miles de sensores
El equipo utilizó un cable de fibra óptica de aproximadamente cuatro kilómetros instalado a pocos metros de profundidad bajo el campus. En lugar de colocar cientos de sismómetros individuales, los científicos transformaron el tendido existente en una matriz continua de observación.
La técnica empleada se denomina detección acústica distribuida, conocida como DAS por sus siglas en inglés. Un dispositivo introduce pulsos láser en la fibra y analiza la pequeña fracción de luz que se dispersa y regresa.
Cuando una vibración estira o comprime mínimamente el cable, cambia la fase de la señal luminosa reflejada. El sistema registra esas variaciones cientos de veces por segundo y en puntos separados por pocos metros, generando mediciones con una elevada resolución espacial y temporal.
Esta capacidad ha ampliado las aplicaciones geofísicas de las redes de telecomunicaciones. En Alemania, un cable de fibra óptica ayudó a estudiar los campos volcánicos de Eifel junto con más de 500 estaciones, mientras otros proyectos utilizan la misma tecnología en océanos, glaciares y ciudades.
El estudio identificó 458 señales de alta calidad
Los investigadores analizaron aproximadamente dos años y medio de registros continuos. Dentro de ese conjunto identificaron 458 sismos de trueno suficientemente claros para incorporarlos al procesamiento tomográfico.
Las señales fueron contrastadas con registros independientes de rayos. Esta verificación permitió relacionar cada vibración con una tormenta y reducir la posibilidad de confundirla con tráfico, obras, maquinaria, pasos de personas u otras fuentes habituales de ruido urbano.
La elevada densidad de mediciones permitió seguir la transición desde la onda acústica atmosférica hasta la señal sísmica. Según Nolan Roth, autor principal del trabajo y actualmente investigador posdoctoral en la Universidad Estatal de Ohio, esa transferencia de energía era difícil de reconstruir con instrumentos más espaciados.
El fenómeno demuestra que las perturbaciones atmosféricas y la Tierra sólida forman un sistema conectado. Investigaciones recientes también han comprobado que los sensores utilizados para estudiar terremotos pueden registrar señales producidas por huracanes, oleaje, viento, actividad humana y movimientos del hielo.
La tomografía reconstruyó los primeros 100 metros
La tomografía sísmica funciona de manera comparable a una técnica médica de diagnóstico por imágenes: analiza cómo las ondas se desplazan a través de un medio para estimar sus propiedades internas. En este caso, los investigadores estudiaron ondas superficiales generadas por los truenos.
El equipo aplicó interferometría, correlación cruzada y apilamiento de numerosas señales. Al combinar los registros, reforzó los patrones repetidos y redujo parte del ruido que acompaña a cada tormenta individual.
Los datos permitieron invertir la velocidad de las ondas de corte y construir una representación del subsuelo hasta una profundidad aproximada de 100 metros. La imagen resultante mostró varias áreas donde las ondas viajaban más lentamente.
Las técnicas convencionales de tomografía sísmica mediante terremotos y explosiones también utilizan diferencias de velocidad para representar estructuras inaccesibles, aunque pueden necesitar numerosos eventos, instrumentos desplegados sobre el terreno y un procesamiento computacional intensivo.
Cuatro zonas débiles aparecieron bajo el campus
El modelo identificó cuatro zonas de baja velocidad sísmica bajo University Park. Estas anomalías pueden corresponder a sedimentos menos consolidados, roca fracturada, cavidades o sectores con mayor contenido de agua.
El campus se encuentra sobre un terreno kárstico, formado por rocas solubles como la caliza. La circulación del agua puede ampliar fracturas y originar conductos o cavidades, algunas de las cuales favorecen deformaciones superficiales y hundimientos.
Los investigadores compararon las anomalías con registros de perforaciones, estudios de ingeniería, información sísmica independiente y mediciones satelitales de deformación obtenidas mediante radar interferométrico. Parte de las zonas débiles coincidió con señales observadas por esos métodos.
La coincidencia aporta respaldo al modelo, pero no permite afirmar que cada anomalía sea una cavidad o un peligro inmediato. Confirmar la naturaleza de una estructura concreta requiere integrar información geológica, geotécnica e hidrológica y, cuando corresponda, realizar investigaciones directas.
Las tormentas ofrecen una fuente sísmica pasiva
La obtención de imágenes poco profundas suele depender de terremotos, vibradores mecánicos, explosivos controlados u otras fuentes de energía. Los métodos activos pueden resultar caros, necesitan permisos y generan molestias o alteraciones en zonas densamente urbanizadas.
Los terremotos proporcionan señales naturales, pero no ocurren con la misma frecuencia en todos los territorios. El centro y el este de Estados Unidos presentan menos actividad sísmica que regiones cercanas a límites tectónicos, lo que reduce la disponibilidad de ondas locales para ciertos estudios.
Los truenos ofrecen una fuente alternativa que aparece repetidamente en numerosas regiones. Si existe un cable adecuado, la observación puede realizarse sin instalar una extensa red de sensores en la superficie y con una perturbación ambiental limitada.
Las redes de fibra también han permitido detectar eventos que antes permanecían ocultos. El uso combinado de inteligencia artificial y cables submarinos para identificar pequeños terremotos evidencia el potencial de reutilizar infraestructura de comunicaciones para la vigilancia geológica.
Posibles aplicaciones en riesgos, agua y recursos
La tomografía de los primeros metros del subsuelo puede contribuir a estudiar áreas susceptibles a hundimientos, deslizamientos y deformaciones. También puede aportar información sobre acuíferos, zonas mineras, fallas poco profundas y estructuras próximas a volcanes.
En ambientes urbanos, una ventaja potencial es la existencia de amplias redes de telecomunicaciones. No todos los cables pueden utilizarse directamente: es necesario disponer de acceso técnico, conocer su recorrido y evaluar si su instalación permite registrar las vibraciones con suficiente calidad.
La técnica podría resultar útil en regiones remotas, incluido el Ártico, donde el despliegue y mantenimiento de estaciones convencionales es complejo. Aun así, la presencia de tormentas, la configuración geológica y la calidad de los cables condicionarán su aplicación.
El hallazgo también abre preguntas para la exploración planetaria. Comprender cómo una atmósfera transmite energía a una superficie sólida puede ayudar a interpretar vibraciones registradas en otros planetas o lunas, aunque trasladar el método fuera de la Tierra requeriría instrumentos y condiciones atmosféricas apropiadas.
El método todavía debe probarse en otros terrenos
Los resultados proceden de un campus específico, con tormentas frecuentes y una geología kárstica conocida. La capacidad del sistema para representar terrenos volcánicos, sedimentos costeros, zonas montañosas o regiones con suelos muy distintos aún debe comprobarse.
La ubicación y geometría del trueno también cambian entre tormentas, lo que vuelve más complejo el campo de ondas que el generado por una fuente sísmica controlada. El procesamiento necesita separar múltiples señales atmosféricas y estimar cómo alcanzan la superficie.
Los investigadores planean ampliar el análisis a una escala mayor y estudiar la variabilidad meteorológica de la costa oriental estadounidense. Las siguientes pruebas deberán determinar qué cantidad de tormentas, qué longitud de cable y qué distribución espacial se necesitan para generar imágenes confiables en otros lugares.
Fuentes referenciales:
Phys.org
Science Advances
