Los cables simples de fibra óptica que son esenciales para alimentar Internet pueden ser una herramienta útil para detectar riesgos geológicos como sumideros, según un nuevo estudio dirigido por investigadores de Penn State.
por David Kubarek, Universidad Estatal de Pensilvania
Utilizando cables de comunicaciones existentes, enterrados a pocos metros bajo el campus de University Park de Penn State, el equipo desarrolló una nueva forma de utilizar la tecnología de detección acústica existente. El método, detallado recientemente en la revista Journal of Geophysical Research: Solid Earth , permite trazar zonas fracturadas, como dolinas, a una profundidad de hasta cientos de metros bajo la superficie terrestre.
El método de los investigadores consiste en una herramienta desarrollada por ellos mismos, el interrogador de detección acústica distribuida (DAS), que conectaron a un cable de fibra óptica de telecomunicaciones preexistente que se extendía aproximadamente seis kilómetros a través de University Park. El interrogador DAS emitió un haz de luz a través del cable, capturando señales acústicas en todo el espacio. Debido a la intensa actividad en el campus, los investigadores desarrollaron una serie de métodos computacionales para aislar las ondas sonoras correlacionadas con la densidad de las rocas y omitir los sonidos generados por automóviles, estudiantes o obras de construcción.
«Los geocientíficos solemos considerar entradas como el tráfico diario como ruido en los datos. Sin embargo, nuestra investigación demuestra que el llamado ‘ruido basura’ es muy útil», afirmó Tieyuan Zhu, profesor asociado de geofísica y coautor del artículo. «Podemos confiar en estas señales para detectar georiesgos de una manera mucho más asequible y eficaz que los métodos tradicionales».
Tradicionalmente, se utilizan instrumentos llamados geófonos para medir la densidad del suelo. Estas herramientas son costosas, requieren intervención humana y generan un único punto de datos. El nuevo enfoque, que convierte el ruido del tráfico cotidiano en ondas sísmicas superficiales mediante correlación cruzada, ofrece una imagen detallada de la velocidad de las ondas superficiales bajo el cable y ofrece una malla de puntos de datos, según los investigadores.
Imagina gritarle al Gran Cañón. La distancia que recorre tu voz antes de resonar puede revelar mucho sobre la profundidad y la distancia del cañón. El sonido se propaga por el suelo de forma similar. Cuanto más densa es la roca, más lenta es la onda sonora.
El trabajo de prueba de concepto realmente impactó después de que los investigadores detectaran una zona de baja densidad con el potencial de producir un sumidero a gran profundidad. Al modelar las señales acústicas, la zona del campus se muestra como una estructura de baja velocidad mucho menos densa que el suelo circundante a la misma profundidad, sugirieron los investigadores en el artículo.
La geología kárstica de la región (cuevas, rocas de baja densidad, manantiales y otras características paisajísticas comunes en toda Pensilvania) es conocida por sus rocas solubles, principalmente piedra caliza y dolomita, que se debilitan con el agua ácida, por lo que no fue una gran sorpresa detectar lo que parece ser un área de baja densidad, dijo Zhu.
Los profesionales de la Oficina de Planta Física de Penn State y sus contratistas revisaron los datos de los investigadores y determinaron que no existe peligro inminente para las estructuras del campus debido al posible vacío subterráneo.
Zhu añadió que la técnica podría resultar útil en la planificación futura. La tecnología DAS ya se está implementando a mayor escala para ayudar a prevenir desastres en Pittsburgh.
«Los socavones son comunes en Pensilvania y otras zonas», afirmó Zhu. «Lo que hace que esta investigación sea especialmente eficaz es que convierte el ruido del tráfico cotidiano —algo completamente gratuito— en una herramienta para localizar georiesgos. Al utilizar los cables de fibra óptica ya instalados como sensores, podemos ofrecer una forma asequible y escalable de evaluar los riesgos y ayudar a prevenir futuras amenazas para los habitantes de Pensilvania».
Zhinong Wang, investigador postdoctoral en geociencias, fue coautor de la investigación. Esta forma parte del proyecto Fiber-Optic for Environmental SensEing (FORESEE), dirigido por Zhu, que recopila datos de vibraciones acústicas de alta resolución mediante cables subterráneos de fibra óptica para telecomunicaciones. Investigaciones anteriores han demostrado su capacidad para facilitar la extracción de energía, la predicción de condiciones meteorológicas extremas e incluso el seguimiento del marcador de un partido de fútbol americano de Penn State en el Estadio Beaver.
Más información: Zhinong Wang et al., Caracterización de zonas fracturadas en la geología kárstica urbana mediante ondas superficiales con fugas de detección acústica distribuida, Journal of Geophysical Research: Solid Earth (2025). DOI: 10.1029/2025jb031477
