Los investigadores prueban el cable de fibra óptica del fondo marino como sistema de alerta temprana de terremotos


Uno de los mayores desafíos para los sistemas de alerta temprana de terremotos (EEW) es la falta de estaciones sísmicas ubicadas frente a costas densamente pobladas, donde se encuentran algunas de las regiones sísmicamente más activas del mundo.


por la Sociedad Sismológica de América


En un nuevo estudio publicado en The Seismic Record , los investigadores muestran cómo el cable de fibra óptica de telecomunicaciones no utilizado se puede transformar para EEW en alta mar.

Jiuxun Yin, un investigador de Caltech ahora en SLB, y sus colegas utilizaron 50 kilómetros de un cable submarino de telecomunicaciones que corre entre Estados Unidos y Chile, tomando muestras de datos sísmicos en 8.960 canales a lo largo del cable durante cuatro días. La técnica, llamada Sensación Acústica Distribuida o DAS, utiliza los pequeños defectos internos de una larga fibra óptica como miles de sensores sísmicos.

Yin y sus colegas utilizaron los datos del cable para determinar las ubicaciones de los terremotos y estimar las magnitudes de un terremoto en tierra (magnitud 3,7) y dos en alta mar (magnitud 2,7 y 3,3) durante el período de estudio.

Los investigadores prueban el cable de fibra óptica del fondo marino como sistema de alerta temprana de terremotos
Nuestra zona de estudio y los terremotos. (a) Mapa del área de estudio en Chile. La curva roja es la matriz de detección acústica distribuida (DAS). Los puntos negros son los tres terremotos. Los triángulos de color rojo oscuro son las estaciones sísmicas permanentes en esta zona. (b – d) Formas de onda DAS registradas de los tres terremotos. Las líneas discontinuas y continuas corresponden a los picos de las ondas P y S, respectivamente. Las líneas de color verde son las llegadas teóricas del modelo de velocidad IASP91. Las líneas negras son la selección de fase de PhaseNet‐DAS (Yin et al., 2023; Zhu et al., 2023). Crédito: The Seismic Record (2023). DOI: 10.1785/0320230018

Sus resultados muestran que el uso de este único conjunto DAS ofrece una mejora de aproximadamente tres segundos en la alerta temprana de terremotos en comparación con los conjuntos DAS terrestres. En una simulación realizada por los investigadores, descubrieron que al desplegar múltiples conjuntos DAS espaciados a 50 kilómetros de distancia y trabajando juntos en el área, podrían mejorar los tiempos de alerta EEW en la zona de subducción en cinco segundos.

“Si bien esperábamos algunas mejoras debido a la ubicación del sistema DAS en alta mar, las ganancias reales de velocidad superaron nuestras proyecciones iniciales”, dijo Yin. “La ventaja clave es la ubicación del conjunto en alta mar, lo que elimina la necesidad de esperar a que las ondas sísmicas lleguen a las estaciones terrestres”.

La región frente a la costa de Chile es similar a la región de Cascadia frente a la costa de Canadá y el noroeste del Pacífico de Estados Unidos. Ambas áreas contienen una zona de subducción activa , donde las placas tectónicas chocan y una placa se hunde debajo de otra, provocando algunos de los terremotos más grandes y destructivos de la historia. Incluso frente a la costa del sur de California, numerosas fallas han albergado terremotos de magnitud 6 o mayores. En todas estas zonas costeras densamente pobladas , la alerta temprana de terremotos en alta mar podría ayudar a proteger vidas y propiedades.

“La razón principal para seleccionar este cable es el elevado riesgo sísmico de Chile. La región experimenta frecuentes terremotos en alta mar y se ha visto afectada por varios terremotos significativos de magnitud 8+ en la historia, incluido el más grande jamás registrado en 1960”, explicó Yin. “Dado el alto riesgo sísmico y los impactos potencialmente devastadores de un gran terremoto, existe una necesidad apremiante de contar con un sistema confiable de alerta temprana de terremotos en alta mar en Chile”.

Los investigadores utilizaron un modelo de inteligencia artificial de aprendizaje profundo, que está entrenado y validado con datos sísmicos y DAS previos, para seleccionar las ondas sísmicas de los datos DAS de este cable marino. “En el caso específico de DAS, el volumen de datos recopilados es sustancial. Para aplicaciones en tiempo real como EEW, los modelos de aprendizaje profundo previamente entrenados proporcionan una opción altamente eficiente y confiable”, afirmó Yin. Sin embargo, señaló que otros métodos sismológicos tradicionales para detectar terremotos aún pueden ser eficaces en el procesamiento de datos DAS con automatización.

Yin dijo que los investigadores necesitan más datos, especialmente de terremotos de mayor magnitud, para desarrollar y probar algoritmos EEW de manera efectiva, así como más información sobre cómo responden los instrumentos DAS antes de construir un sistema EEW en tiempo real que se integre con los marcos EEW existentes.

Hay muchos lugares en todo el mundo para continuar esta investigación, señaló.

“Hay más de 1.500 estaciones de aterrizaje de cables en todo el mundo y el progreso en la tecnología permite el uso de cables operativos y la adición de sistemas DAS sin afectar el transporte de datos [de telecomunicaciones]”. Dijo Yin. “Creemos que esto abre una serie de interesantes oportunidades de investigación y estamos interesados ​​en explorarlas en estudios futuros. Buscamos interacciones estrechas con propietarios de cables , agencias ambientales y formuladores de políticas para escalar el DAS-EEW en beneficio de comunidades costeras.”

Más información: Jiuxun Yin et al, Pruebas de datos reales de detección acústica distribuida para alerta temprana de terremotos en alta mar, The Seismic Record (2023). DOI: 10.1785/0320230018



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