¿Cómo se convierte un cable de fibra óptica en una estación sísmica? La clave es que la red sea defectuosa

Existe un cable submarino entre La Palma y Tenerife que ha pasado de emplearse para la fibra óptica a convertirse en una red sísmica con miles de sensores alineados, capaz de detectar una mayor cantidad de terremotos, incluso aquellos previsiblemente imperceptibles, y a descifrar los próximos capítulos de la erupción volcánica en Cumbre Vieja, que no parece mostrar señales de debilidad mes y medio después de robarle el sueño a los palmeros.

Un grupo de investigadores del Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC) de Barcelona ha coordinado los trabajos para instalar un interrogador DAS (del inglés Distributed Acoustic Sensing) en el cableado de fibra óptica que ya usaba el Observatorio del Roque de los Muchachos, del Instituto de Astrofísica de Canarias, para conectarse a la Red Académica y de Investigación Española (RedIRIS).

Este instrumento no es nuevo. Se lleva utilizando en protección civil un tiempo, sobre todo en la vigilancia de edificaciones e infraestructuras. Un ejemplo claro: en 2020 se aprobó en Barcelona una prueba piloto del proyecto Smanslope, una iniciativa que se sirve de la tecnología DAS en fibra óptica para identificar los desprendimientos de rocas que se producen en torno al trazado ferroviario en la línea Manresa-Tarrasa, unos 60 kilómetros, y así responder a fenómenos geológicos, como movimientos de ladera y deslizamientos.

Esto puede resultar un tanto confuso, porque pensar en un simple cable como una enorme red sísmica o de vigilancia no es lo normal. Pero lo cierto es que el propio funcionamiento de la fibra óptica, así como el canal por el que se transmite, favorecen a que se desplieguen este tipo de aplicaciones alternativas. Además, se parte de una premisa: cuanto más defectuoso sea el material empleado, peor para las telecomunicaciones y mejor para el resto de usos.

La fibra óptica, grosso modo, es una vía de comunicación entre dos puntos. Desde el emisor, por poner un punto de partida, se emite un flash de luz muy fuerte que debe recorrer una distancia, que pueden ser centímetros o kilómetros, para llegar al receptor en forma de mensaje. Por el cableado de la fibra óptica se van sucediendo incontables pulsos de luz que viajan a millones de metros por segundo, codificando una señal y transmitiéndola. La luz se refracta dentro del cable, por lo que nunca se escapa. Y así, la información que se emitió en un principio alcanza el final sin prácticamente alteraciones.

Pero aún siendo construidos con un material resistente, como el cobre, los cables de fibra óptica cuentan con algunas imperfecciones en su interior que son la clave para acordar su trasvase a una labor más técnica, como puede ser la sismología. La mejor forma de detectar estas fallas es analizar el reflejo que arrastran los pulsos de luz. Estos, cada vez que son lanzados, dejan una pequeña huella detrás, diminuta, que será mayor siempre y cuando el elemento con el que se ha creado la vía de conexión registra multitud de deficiencias.

De este modo, al presentar un abanico de rastros más amplio y más grande, la calidad de la fibra óptica empeora, pierde intensidad y energía. Y los reflejos de los flashes de luz se llevan al campo de la ciencia para su análisis. El mecanismo es muy sencillo. Cuando se envían dos pulsos de luz muy seguidos, con una diferencia de salida de milésimas de segundo, lo normal es que las reflexiones de ambos sean idénticas. Sin embargo, si eso no es así, si hubiera un cambio microscópico, esto podría indicar que una onda sísmica ha provocado una ligera variación de longitud a lo largo de la fibra. Se ha producido, con casi total seguridad, un terremoto.

Luca D’Auria, director del Área de Vigilancia Volcánica del Instituto Volcanológico de Canarias (INVOLCAN), está trabajando con el sistema DAS para estudiar al milímetro la actividad sísmica del volcán de La Palma. Con esta nueva herramienta, que se instaló hace unos pocos días, se pueden detectar terremotos muy pequeños que de otra forma podrían estar escapándose a los ojos de los científicos, así como la localización y la profundidad de los mismos. Hasta el momento, estas dos variables de la sismicidad en la isla se viven con cierta “incertidumbre”, dice D’Auria. Gracias al sistema DAS, la precisión aumentará.

“Debido a que La Palma es una isla, vemos que la red sísmica está conectada por encima de la superficie. Sin embargo, ahora mismo se están registrando terremotos muy profundos [a más de 30 kilómetros], por lo que las estaciones, por su naturaleza, parten con incertidumbre en la localización de estos sismos. Teniendo a disposición algo como cientos o miles de sensores virtuales, se podrá mejorar en esto”, explica el experto.

Desde que entró en erupción el volcán de Cumbre Vieja, la actividad sísmica en La Palma se está fijando en dos puntos: la mayoría de los seísmos ocurren a unos 10-15 kilómetros de la superficie y otros tantos a unos 30-35. Estos últimos sugieren que el volcán se está alimentando de un reservorio de magma situado a mucha distancia del suelo, desde donde el material se desplaza de la bolsa más lejana a la más cercana para terminar saliendo con fuerza por las bocas de la fisura volcánica.

Lo lógico es pensar que si continúan los terremotos a esa profundidad, el volcán seguirá alimentándose y expulsando material. Por eso D’Auria resalta la importancia del sistema DAS, que determinará si hay un cambio relevante en la localización de los seísmos y, por tanto, del desarrollo de la erupción. “Así como ocurrió en El Hierro, la sismicidad es un indicador importante. No solo sirve como precursor [un enjambre sísmico alertó de la posibilidad de que estallara un volcán en La Palma], sino también de finalización”, destaca el vulcanólogo.

El cable de fibra óptica debe estar bien anclado a la superficie, de lo contario podría no captar correctamente las ondas sísmicas. Según un experimento que coordinó INVOLCAN el pasado verano, el sistema DAS puede captar hasta el oído sísmico, una vibración del suelo que tiene su origen en el oleaje marino. Dice D’Auria que eso puede llegar a resultar molesto porque enmascara otras señales. Pero también tiene su ventaja, ya que se puede utilizar para entender la estructura del subsuelo.

En ese experimento en el que INVOLCAN se estrenó con la herramienta, D’Auria y sus colegas se apoyaron en un cable de fibra óptica que conecta Tenerife con Gran Canaria para analizar la zona, donde la sismicidad es “muy interesante”, asegura el experto. “No solo desde el punto de vista científico, sino de protección civil. Es una zona que hay que estudiar en detalle porque de vez en cuando se registran terremotos hasta de magnitud 5, como el del año 1989”. Ese año un sismo de 5,3 grados en la escala de Richter provocó en Tenerife rotura de cristales y desplazamiento de muebles. Llevó el pánico a la isla, pero no hubo víctimas mortales ni derrumbe de edificios.

Los sismólogos de INVOLCAN apreciaron la utilidad del sistema DAS, del que D’Auria cree que aún se puede sacar aún más información que la actual, y se pusieron en contacto con Aragon Photonics Labs para obtenerlo prestado durante esta erupción. Ya tienen pensado comprar uno que aterrizaría a finales de año.

El cable, por su parte, no para de emitir datos día y noche, funcionando como “una red sísmica densa y de capacidades importantes” de la que los científicos extraen la información en forma de ficheros. “Cuando vemos un evento interesante, como un tremor volcánico profundo, descargamos el archivo”, apunta D’Auria. En ese momento, detrás de una pantalla, comienza el análisis de una de las muchas señales que marcan la actividad volcánica en La Palma.