Los terremotos generan un efecto dominó en la atmósfera superior de la Tierra que puede interrumpir las comunicaciones satelitales y los sistemas de navegación de los que dependemos.
Científicos de la Universidad de Nagoya y sus colaboradores han utilizado la extensa red japonesa de receptores del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) para crear las primeras imágenes 3D de las perturbaciones atmosféricas causadas por el terremoto de la península de Noto de 2024.
Publicados en la revista Earth, Planets and Space , sus resultados muestran patrones de perturbación de las ondas sonoras con un detalle 3D único y proporcionan nuevos conocimientos sobre cómo los terremotos generan estas ondas.
Con más de 4500 receptores GNSS repartidos por todo el país, Japón cuenta con una de las redes más densas del mundo. Estos receptores facilitan el seguimiento preciso de la ubicación y también pueden detectar cambios en la ionosfera, una región de la atmósfera superior.
Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Weizheng Fu y el profesor Yuichi Otsuka del Instituto de Investigación Ambiental Espacio-Tierra (ISEE) de la Universidad de Nagoya ha capturado la estructura 3D detallada de los cambios de densidad electrónica en la ionosfera después del terremoto de magnitud 7,5 en la península de Noto que ocurrió el 1 de enero de 2024, en la prefectura de Ishikawa, Japón.
Cuando las señales satelitales viajan a través de la ionosfera, se ralentizan debido a la interacción de las ondas de radio con partículas cargadas eléctricamente. Al medir la ralentización de las señales, los científicos pueden calcular cuántos electrones hay en su trayectoria y mapear el contenido total de electrones. Mapear estos electrones les permite analizar y monitorear eficazmente el estado de la ionosfera.
Aproximadamente 10 minutos después del terremoto , las ondas sonoras generadas ascendieron a través de la atmósfera y alcanzaron la ionosfera (entre 60 y 1000 km sobre la Tierra). Esto creó ondas similares a las que se producen al arrojar una piedra a un estanque.
Para construir un modelo 3D de los patrones de onda, los investigadores emplearon una técnica llamada «tomografía», similar a cómo las tomografías computarizadas crean imágenes 3D del cuerpo humano. Recopilaron datos sobre el número de electrones de miles de receptores que rastreaban señales satelitales desde diferentes ángulos. Al rastrear sus modelos 3D en diferentes momentos después del terremoto, crearon una serie temporal de cómo cambió la densidad electrónica.
Ondas sonoras generadas desde fallas enteras, no desde puntos individuales
Al sur del epicentro, los investigadores observaron un patrón de ondas sonoras inclinado que gradualmente se volvió más vertical con el tiempo. Cuando un terremoto genera ondas sonoras que viajan hacia arriba a través de la atmósfera, las partes superiores de las ondas se mueven más rápido que las inferiores. Esto hace que el frente de onda se incline o se incline a medida que se desplaza. Con el tiempo, el patrón inclinado se endereza gradualmente hasta alcanzar una alineación más vertical.
Los investigadores produjeron la primera visualización 3D detallada de cómo cambia el ángulo de inclinación con el tiempo durante un sismo. Registraron cómo los patrones de onda inclinados se enderezaban gradualmente con un detalle sin precedentes. Los modelos anteriores asumían que todas las ondas sonoras provenían de un único punto en el centro del terremoto. Si bien esto coincidía con algunas de sus observaciones, no podía explicar los patrones de onda complejos e irregulares que observaron en sus imágenes 3D.
Para comprender esto, incluyeron en su modelo datos de múltiples fuentes de ondas a lo largo de la falla , asumiendo que algunas partes de la falla generaron ondas unos 30 segundos después de la ruptura inicial. Los resultados se ajustaron mejor a sus observaciones reales y demostraron que los terremotos no generan ondas atmosféricas desde un solo punto, sino desde múltiples puntos a lo largo de toda la falla, a medida que diferentes secciones se rompen con el tiempo. Esto explica por qué las perturbaciones atmosféricas observadas, como las ondas inclinadas, fueron más complejas de lo que habían predicho modelos previos más simples.
«Al incluir múltiples fuentes distribuidas y retrasos temporales, nuestro modelado mejorado proporciona una representación más precisa de cómo se propagan estas ondas a través de la atmósfera superior», destacó el profesor Otsuka.
Las perturbaciones en la ionosfera pueden interferir con las comunicaciones satelitales y la precisión de la localización. Si comprendemos mejor estos patrones, podríamos mejorar nuestra capacidad para proteger tecnologías sensibles durante y después de los terremotos, así como para optimizar los sistemas de alerta temprana ante fenómenos naturales similares, añadió el Dr. Weizheng Fu, autor principal.
En el futuro, los investigadores están trabajando en la aplicación de su modelo a otros eventos naturales como erupciones volcánicas, tsunamis y fenómenos climáticos severos.
Más información: Weizheng Fu et al., Revelando las respuestas ionosféricas verticales tras el terremoto de la península de Noto de 2024 con una red GNSS ultradensa, Tierra, Planetas y Espacio (2025). DOI: 10.1186/s40623-025-02211-y
