La Innovación Sísmica De Caltech Utiliza Terremotos Submarinos Para Revolucionar La Ciencia Del Clima

Terremotos oceánicos

Representación de un artista de ondas sísmicas submarinas. Crédito: Caltech

A pesar de que el cambio climático es más obvio para las personas como días de invierno inusualmente cálidos o glaciares que se derriten, hasta el 95 por ciento del calor adicional atrapado en la Tierra por los gases de efecto invernadero se encuentra en los océanos del mundo. Por esa razón, monitorear la temperatura de las aguas del océano ha sido una prioridad para los científicos del clima, y ​​ahora los investigadores de Caltech han descubierto que los retumbos sísmicos en el fondo marino pueden proporcionarles otra herramienta para hacerlo.

En un nuevo artículo publicado en Science , los investigadores muestran cómo pueden hacer uso de los equipos de monitoreo sísmico existentes, así como de los datos sísmicos históricos, para determinar cuánto ha cambiado y continúa cambiando la temperatura de los océanos de la Tierra, incluso en las profundidades. que normalmente están fuera del alcance de las herramientas convencionales.

Lo hacen escuchando los sonidos de los muchos terremotos que ocurren regularmente bajo el océano, dice Jörn Callies, profesor asistente de ciencias e ingeniería ambiental en Caltech y coautor del estudio. Callies dice que estos sonidos de terremotos son poderosos y viajan largas distancias a través del océano sin debilitarse significativamente, lo que los hace fáciles de monitorear.

Wenbo Wu, investigador postdoctoral en geofísica y autor principal del artículo, explica que cuando ocurre un terremoto bajo el océano, la mayor parte de su energía viaja a través de la tierra, pero una parte de esa energía se transmite al agua en forma de sonido. Estas ondas de sonido se propagan hacia afuera desde el epicentro del terremoto al igual que las ondas sísmicas que viajan a través del suelo, pero las ondas de sonido se mueven a una velocidad mucho más lenta. Como resultado, las ondas terrestres llegarán primero a una estación de monitoreo sísmico, seguidas de las ondas sonoras, que aparecerán como una señal secundaria del mismo evento. El efecto es más o menos similar a cómo a menudo puede ver el destello de un rayo segundos antes de escuchar su trueno.

“Estas ondas sonoras en el océano pueden ser registradas claramente por sismómetros a una distancia mucho más larga que los truenos, a miles de kilómetros de distancia”, dice Wu. “Curiosamente, son incluso ‘más fuertes’ que las vibraciones que viajan profundamente en la Tierra sólida, que son más utilizadas por los sismólogos”.

La velocidad del sonido en el agua aumenta a medida que aumenta la temperatura del agua, por lo que el equipo se dio cuenta de que el tiempo que tarda un sonido en viajar una distancia determinada en el océano puede usarse para deducir la temperatura del agua.

“La clave es que usamos terremotos repetidos, terremotos que ocurren una y otra vez en el mismo lugar”, dice. “En este ejemplo, estamos viendo los terremotos que ocurren frente a Sumatra en Indonesia, y medimos cuándo llegan al océano Índico central. Les toma aproximadamente media hora viajar esa distancia, y la temperatura del agua causa una diferencia de aproximadamente una décima de segundo. Es un cambio fraccionario muy pequeño, pero podemos medirlo “.

Wu agrega que debido a que están usando un sismómetro que ha estado en la misma ubicación en el Océano Índico central desde 2004, pueden mirar hacia atrás en los datos que recopiló cada vez que ocurrió un terremoto en Sumatra, por ejemplo, y así determinar la temperatura de el océano al mismo tiempo.

“Estamos utilizando pequeños terremotos que son demasiado pequeños para causar algún daño o incluso ser sentido por humanos”, dice Wu. “Pero el sismómetro puede detectarlos desde grandes distancias, lo que nos permite monitorear los cambios de temperatura del océano a gran escala en una ruta particular en una sola medición”.

Callies dice que los datos que han analizado confirman que el Océano Índico se ha estado calentando, como lo han indicado otros datos recopilados a través de otros métodos, pero que podría estar calentando incluso más rápido de lo estimado anteriormente.

“El océano juega un papel clave en la velocidad a la que cambia el clima”, dice. “El océano es la principal reserva de energía en el sistema climático y es importante monitorear las profundidades del océano en particular. Una ventaja de nuestro método es que las ondas sonoras muestrean profundidades por debajo de los 2000 metros, donde hay muy pocas mediciones convencionales ”.

Dependiendo del conjunto de datos anteriores con los que comparen sus resultados, el calentamiento del océano parece ser hasta un 69 por ciento mayor de lo que se creía. Sin embargo, Callies advierte contra sacar conclusiones inmediatas, ya que es necesario recopilar y analizar más datos.

Debido a que los terremotos submarinos ocurren en todo el mundo, Callies dice que debería ser posible expandir el sistema que él y sus colegas investigadores desarrollaron para que pueda monitorear la temperatura del agua en todos los océanos. Wu agrega que debido a que la técnica hace uso de la infraestructura y el equipo existentes, su costo es relativamente bajo.

“Creemos que podemos hacer esto en muchas otras regiones”, dice Callies. “Y al hacer esto, esperamos contribuir a los datos sobre cómo se están calentando nuestros océanos”.

El artículo que describe la investigación, titulado “Termometría sísmica del océano”, aparece en la edición del 18 de septiembre de Science . Los coautores son Wenbo Wu, becario postdoctoral en geofísica; Zhongwen Zhan (PhD ’13), profesor asistente de geofísica; y Shirui Peng, estudiante de posgrado en ciencias e ingeniería ambientales, todos de Caltech; y Sidao Ni (MS ’98, PhD ’01) del Instituto de Geodesia y Geofísica de la Academia China de Ciencias.

Referencia: “Termometría sísmica del océano” por Wenbo Wu, Zhongwen Zhan, Shirui Peng, Sidao Ni y Jörn Callies, 18 de septiembre de 2020, Science .
DOI: 10.1126 / science.abb9519

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