Uno de los mayores desafíos que enfrentan 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 áreas sísmicamente más activas del mundo. En un nuevo estudio publicado en Registro sísmicolos investigadores demuestran cómo los cables de fibra óptica de telecomunicaciones no utilizados se pueden convertir en EEW marinos.
Jioxun Yin, un investigador de Caltech que actualmente trabaja en SLB, y sus colegas utilizaron 50 kilómetros de cable de comunicaciones submarino entre Estados Unidos y Chile, tomando muestras de datos sísmicos de 8.960 canales a lo largo del cable durante cuatro días. La tecnología, llamada detección acústica distribuida, o DAS, utiliza pequeñas imperfecciones internas en largas fibras ópticas como miles de sensores sísmicos.
Yin y sus colegas utilizaron datos de cable para localizar terremotos y estimar las magnitudes de un terremoto en tierra (magnitud 3,7) y dos terremotos en alta mar (magnitud 2,7 y 3,3) durante el período de estudio.
Sus resultados muestran que el uso de un único conjunto DAS proporciona una mejora de aproximadamente tres segundos en la alerta temprana de terremotos en comparación con los conjuntos DAS en tierra. En una simulación realizada por los investigadores, descubrieron que al desplegar múltiples conjuntos de 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.
«Aunque esperábamos algunas mejoras debido a la colocación del conjunto DAS en alta mar, las ganancias reales de velocidad superaron nuestras expectativas iniciales», dijo Yin. «La principal ventaja 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 costera de Chile es similar a la de la Región Marina de Cascadia de Canadá y al noroeste del Pacífico de los Estados Unidos. Ambas regiones contienen una zona de subducción activa, donde las placas tectónicas chocan y una placa se hunde debajo de la otra, provocando algunos de los terremotos más grandes y destructivos de la historia. Incluso en la costa del sur de California, muchas fallas han albergado terremotos de magnitud 6 o más. En todas estas zonas costeras densamente pobladas, la alerta temprana de terremotos marinos puede ayudar a proteger vidas y propiedades.
«La razón principal para elegir este cable es el alto riesgo de terremotos en Chile. La región experimenta frecuentes terremotos en alta mar y se ha visto afectada por varios terremotos de magnitud 8+ en la historia, incluido el mayor terremoto jamás registrado en 1960», explicó Yin. «Dado el alto riesgo sísmico y los efectos potencialmente devastadores de un gran terremoto, existe una necesidad urgente de un sistema marino confiable de alerta temprana de terremotos en Chile».
Los investigadores utilizaron un modelo de inteligencia artificial de aprendizaje profundo, que fue entrenado y validado en base a datos sísmicos y DAS previos, para capturar ondas sísmicas a partir de los datos DAS de este cable submarino. «En el caso específico de DAS, el volumen de datos recopilados es grande. 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 capturar terremotos siguen siendo 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 de manera efectiva algoritmos EEW, 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.
Señaló que hay muchos lugares en el mundo para continuar con esta investigación.
“Hay más de 1.500 estaciones de aterrizaje de cables en todo el mundo y los avances en tecnología permiten utilizar cables operativos y agregar sistemas DAS sin afectar [telecommunications] Transferencia de datos», dijo Yin. «Creemos que esto abre una gama 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 ampliar el alcance de DAS-EEW en beneficio de las comunidades costeras».
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