Los cables submarinos como sensores sismológicos y ambientales
En sismología, determinar el momento y el modo en que se desplazan las fallas geológicas resulta esencial. Sin embargo, dos tercios de la superficie terrestre se encuentran bajo el agua, por lo que las posibilidades de vigilancia sísmica se ven limitadas debido a las dificultades logísticas y a los costes de instalación de instrumentos sismológicos oceánicos. «Una estrategia inteligente en sismología oceánica consiste en aprovechar infraestructuras ya existentes, y los cables submarinos de telecomunicaciones son candidatos ideales», comenta Marc-André Gutscher(se abrirá en una nueva ventana), coordinador del proyecto FOCUS(se abrirá en una nueva ventana), que utilizó luz láser para medir pequeños movimientos del fondo marino a través de la deformación detectada en los cables submarinos.
Luz láser para detectar cambios en los cables de fibra óptica
El principal emplazamiento de prueba del proyecto FOCUS se situó a unos 30 km de la costa de Catania, en Sicilia. Se trata de una región urbana vulnerable a terremotos devastadores, donde el equipo ya había cartografiado una falla lineal a 2 000 m de profundidad. Un vehículo teledirigido (ROV, por sus siglas en inglés) conectó un cable de fibra óptica especialmente diseñado con un observatorio submarino cableado. A continuación, este cable de «deformación» se desenrolló de modo que cruzara la falla submarina en cuatro puntos. Después, se hizo circular luz láser a través del cable electroóptico del observatorio, de 29 km de longitud, y del cable de «deformación» del proyecto, de 6 km, con tres reflexiones sucesivas, lo que dio lugar a una trayectoria óptica total de 47 km. Para analizar esta señal luminosa, el equipo utilizó la reflectometría óptica en el dominio temporal por dispersión de Brillouin(se abrirá en una nueva ventana) (BOTDR, por sus siglas en inglés). Cuando la luz láser se introduce en una fibra óptica, una pequeña parte se retrodispersa, es decir, rebota en pequeñas imperfecciones de la fibra de vidrio, y esta señal es medida por un interrogador láser. El equipo del proyecto FOCUS, financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana) (CEI), analizó un pico de luz retrodispersada denominado «pico de Brillouin», sensible a la deformación mecánica de las fibras y a los cambios de temperatura. Las mediciones ópticas se han estado haciendo cada dos horas, de forma más o menos continua, desde octubre de 2020. «El aumento o disminución de la frecuencia de Brillouin en un punto determinado de la fibra óptica indica su alargamiento o acortamiento», explica Gutscher, del Centro Nacional de Investigación Científica(se abrirá en una nueva ventana) de Francia. En noviembre de 2020 se detectaron cambios, con un alargamiento en el primer cruce de falla de 1,5 cm y en el tercer cruce de 0,5 cm. Si bien en un primer momento se atribuyó al desplazamiento de la falla, las balizas acústicas en el fondo marino, colocadas a ambos lados de la estructura para una verificación independiente, demostraron que no era así(se abrirá en una nueva ventana). «Probablemente fueron causados por un desprendimiento submarino o una corriente de fondo», explica Gutscher. Se detectaron señales adicionales en el cable de deformación, que fueron provocadas por un ROV que colocó bolsas de peso sobre el cable. «Estas señales corroboraron que nuestra técnica permite cuantificar cambios en el cable del fondo marino a distancias de 30-50 km de la costa», comenta Gutscher. «Aunque todavía no hemos medido el movimiento de la falla, porque no se ha producido ninguno: por lo que quizá deberíamos respirar aliviados. El análisis de imágenes y sedimentos demostró que esta falla se desplaza varios metros cada 10 000 años, lo que puede dar lugar a terremotos de magnitud 6».
Capacidades para vigilar el impacto ambiental y climático
Aunque en FOCUS se ha demostrado que la red de telecomunicaciones submarina podría aprovecharse para hacer mediciones sismológicas, los mismos métodos también podrían aplicarse para vigilar la integridad estructural de los cables submarinos. Un hallazgo clave del proyecto fue que los cables de fibra óptica submarina no estándar (tensos) son más eficaces para medir la deformación del fondo marino que las fibras convencionales más sueltas. Sin embargo, el equipo también está cerca de demostrar que los cables de telecomunicaciones convencionales pueden registrar las variaciones de temperatura del fondo marino, un indicador fundamental del cambio climático, una opción que Gutscher busca examinar más a fondo de una Advanced Grant del CEI. Un proyecto derivado, que emplea la técnica BOTDR, está en marcha para medir la temperatura y las corrientes del fondo marino junto a los cables de una red submarina de telecomunicaciones por fibra óptica en el archipiélago de Guadalupe. Otro plan consiste en probar un cable híbrido (fibras de telecomunicaciones y sensores), desarrollado durante FOCUS, que se beneficia de un diseño especial (patente pendiente) que incorpora tanto fibras sensoras tensas como sueltas.
