Este investigador de Caltech recurrió al metro de banda ancha de Pasadena para detectar terremotos

Zhongwen Zhan, de 36 años, puede atribuir un momento decisivo en su vida a un evento literalmente trascendental.

Era un estudiante universitario en China cuando un terremoto de magnitud 9,1 rompió el fondo del mar en el Océano Índico, generando un tsunami masivo que mató a 230.000 personas. Era el 26 de diciembre de 2004.

“Sabía que estaba interesado en las ciencias de la Tierra, pero cuando vi cómo toda la comunidad se movilizó para estudiar ese terremoto en unos pocos días y cómo pudimos aprender mucho, me sorprendió la capacidad de los científicos para reunir tanta información. datos sin tener que ir al sitio, simplemente usando sensores, para aprender más y ayudar a las personas”, dijo Zhan. "Fue fascinante ver eso".

Esa fascinación llevó a Zhan a Caltech, donde obtuvo su doctorado en geofísica en 2014 y donde ahora enseña geofísica.

Esta semana, Zhan y un equipo de cuatro miembros publicaron un estudio en la revista Nature, informando del éxito al utilizar cables subterráneos de fibra óptica en Pasadena para detectar temblores con una resolución más alta, analizando detalles intrincados del terremoto.

Zhan y sus colegas estudiaron una sección del cable de fibra óptica utilizando DAS o detección acústica distribuida. El equipo utilizó emisores láser para disparar luz a través de los cables, que tienen pequeños defectos cada pocos metros que reflejan una parte de la luz hacia la fuente. Este conjunto actúa como sismómetros individuales y brinda a los científicos sísmicos detalles sobre el movimiento de las ondas sísmicas.

Fue un golpe de suerte que el equipo tuviera sus emisores en su lugar cuando un terremoto de magnitud 6 sacudió el Valle del Antílope en 2021. Pudieron examinar las firmas de luz que viajaban a través de una sección de cable de 100 kilómetros para trazar con precisión el terremoto, identificando una secuencia de cuatro rupturas más pequeñas que no podrían ser detectadas por una red sísmica convencional.

La apasionante posibilidad de reutilizar millones de kilómetros de cables de fibra óptica en todo el mundo para convertirlos en una densa red de sismómetros improvisados ​​puede profundizar la comprensión de los científicos sobre la física de los terremotos y, en última instancia, mejorar los sistemas de alerta temprana de terremotos.

"El uso de cables de fibra óptica como una serie de sismómetros revela aspectos de la física de los terremotos que durante mucho tiempo han sido planteados como hipótesis pero que son difíciles de visualizar", dijo Zhan. "Una mejor comprensión puede ayudar mucho en nuestra preparación para los terremotos, nuestro conocimiento sobre los tipos de terremotos y nos da una mayor probabilidad de capturar terremotos".

El Grupo Zhan dedicó unos cuatro años a esta investigación. Incluyen a Jiaxuan Li, primer autor; Nadia Lapusta, profesora de ingeniería mecánica y geofísica de Caltech; el estudiante de posgrado Teaho Kim y el científico Ettore Biondi. La Fundación Nacional de Ciencias pagó el estudio.

La idea de utilizar fibras ópticas para detectar el medio ambiente surgió en los años 70 y 80, cuando comenzó la fibra óptica, dijo Zhan.

"La gente rápidamente se dio cuenta de que las perturbaciones ambientales podían causar problemas en la comunicación", añadió. “Eso también significa que la detección es posible. Lo nuevo aquí es utilizar la tecnología para estudiar terremotos. Los sismólogos siempre han querido mejores y más sensores para estudiar los terremotos, y la detección de fibra con cable de telecomunicaciones encaja perfectamente”.

Mike Gurnis, director del Laboratorio Sismológico de Caltech, calificó la investigación de Zhan como un pilar clave en las prioridades del Laboratorio Sismológico.

"Podemos ser la única red regional que intenta integrar ese tipo de señal en nuestra tradicional red sísmica densa de banda ancha a través de diferentes proyectos de investigación con profesores", dijo Gurnis en un artículo del campus que celebraba el centenario del laboratorio en noviembre pasado.

Zhan es consciente de los pasos sismológicos que está siguiendo en Caltech, donde nació la sismología sísmica moderna en las décadas de 1920 y 1930. Esa fue la época en que Hugo Benioff inventó instrumentos para detectar ondas sísmicas, y Charles Richter y Ben Gutenberg colaboraron en lo que se conoció como la escala de Richter para medir la magnitud de un terremoto. Más cerca de la línea de tiempo actual, la sismóloga Lucy Jones continúa sirviendo como asociada visitante en geofísica en Caltech.

Zhan dijo que una actitud colaborativa de “aprender más, hacerlo mejor” en Caltech puede mover montañas, o al menos ayudar a los científicos a perfeccionar su comprensión de la Tierra.

“Es un privilegio estar de regreso aquí, sabiendo que algunas de las personas más famosas trabajaron aquí, pero al mismo tiempo siempre estamos tratando de redefinir la sismología, seguimos buscando nuevas tecnologías para mejorar aún más la red, desde satélites hasta artificiales. inteligencia”, dijo Zhan. "Es un buen momento para los estudios de terremotos porque los datos son absolutamente explosivos".

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