Los sensores de presión atmosférica ayudan a determinar la magnitud de los terremotos

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Los sensores que detectan cambios en la presión atmosférica debido a la sacudida del suelo también pueden obtener datos sobre grandes terremotos y explosiones que superan el límite superior de muchos sismómetros, según una nueva investigación.

Los sensores, que detectan infrasonidos inaudibles transportados por el aire, podrían mejorar las alertas de tsunami y otras respuestas de emergencia al tiempo que reducen los costos.

La investigación realizada por científicos del Instituto Geofísico Fairbanks de la Universidad de Alaska muestra que los sensores de infrasonido pueden mejorar las determinaciones de magnitud. Una advertencia inicial de tsunami se basa únicamente en la magnitud y la ubicación estimadas.

Los sensores de infrarrojos cuestan menos que los sismómetros, son confiables y existen en grandes cantidades en Alaska para otros usos.

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"Lo que hemos hecho es usar el infrasonido para un propósito para el que realmente no estaba destinado", dijo Ken Macpherson del Centro Técnico Wilson Alaska del Instituto Geofísico. "Descubrimos que funciona bien para proporcionar datos completos sobre terremotos fuertes. "

Estos instrumentos de infrasonido de detección de presión se utilizan generalmente para fines no sísmicos, como la detección de explosiones mineras o detonaciones nucleares. También registran deslizamientos de tierra, volcanes en erupción o meteoritos que ingresan a la atmósfera terrestre.

Macpherson detalla el uso de sensores de infrasonido para sismología en un artículo de investigación publicado el 21 de abril en el Boletín de la Sociedad Sismológica de América.

Macpherson es científico de operaciones e investigación sismoacústica. Otros miembros del Centro Técnico de Wilson Alaska involucrados en la investigación incluyen al Director David Fee, la especialista en datos Juliann Coffey y el especialista en aprendizaje automático Alex Witsil, que ahora trabaja en el sector privado.

Los sensores de infrasonido registran los cambios en la presión del aire causados ​​por las ondas de infrasonido, que tienen una frecuencia inferior a la que los humanos pueden escuchar.

Los sensores de infrasonido pueden registrar el rango completo del movimiento del suelo de un terremoto al detectar cambios en la presión del aire causados ​​por el movimiento hacia arriba y hacia abajo del suelo durante un terremoto.

El movimiento ascendente del suelo comprime el aire, aumentando la presión del aire como lo hace un pistón. El movimiento hacia abajo reduce la presión.

Los cambios de presión incluso de los terremotos más grandes están muy por debajo del límite superior de los sensores de infrasonido.

Por el contrario, los sismómetros, que registran el movimiento real del suelo, tienen un límite superior, lo que significa que los datos del extremo superior pueden estar ausentes para grandes terremotos. También pueden perder datos de terremotos más pequeños si ocurren demasiado cerca de un sismómetro.

Los sismólogos llaman a esa pérdida de datos "recorte".

"Si subes demasiado el volumen de tu estéreo, obtienes un sonido horrible", dijo Macpherson. "Eso significa que ha excedido el rango dinámico del altavoz. Eso le puede pasar a un sismómetro".

Los sismólogos pueden superar el recorte mediante el despliegue de detectores de movimiento fuerte, que son diferentes de los sensores de infrasonidos. Estos sensores de movimiento no se salen de la escala durante los temblores intensos, pero son costosos y no son precisos para los terremotos más pequeños. Alrededor de 130 están ubicados alrededor de Alaska, principalmente en áreas urbanas y cerca de fallas conocidas.

Como ejemplo, Macpherson y sus colegas compararon los datos de infrasonido del terremoto de Anchorage de magnitud 7,1 del 30 de noviembre de 2018 con los datos de un sismómetro. Ambos instrumentos estaban en el mismo lugar a 18,6 millas del epicentro.

"La grabación del sismómetro de ese terremoto fue directamente al rango dinámico del instrumento y se detuvo", dijo Macpherson. "Así que hay una pérdida de información de amplitud".

El sismómetro fue uno de varios en la región centro-sur de Alaska a los que les faltaron datos de alto nivel de ese terremoto. Los datos del sensor de infrasonidos no fueron recortados.

Para comprobar la precisión de los datos de gama alta del monitor de infrasonidos, Macpherson los comparó con los datos de un sismómetro de movimiento fuerte en la misma ubicación. Coincidieron.

Los sensores de infrasonido también pueden proporcionar datos tan oportunos como los sismómetros. Eso es especialmente importante si es posible un tsunami. El Centro Nacional de Advertencia de Tsunami tiene solo cuatro minutos para emitir una advertencia desde el momento en que ocurre un terremoto.

"Si todos los sismómetros cercanos se ajustan, y el Centro de Alerta de Tsunami está tratando de obtener una magnitud precisa para advertir un tsunami, podrían calcular rápidamente las magnitudes de una estación de infrasonidos cercana que está ubicada con un sismómetro", dijo Coffey.

Alaska tiene alrededor de 150 sensores de infrasonido junto con monitores sísmicos en todo el estado.

Algunos de estos formaban parte de EarthScope Transportable Array, un proyecto financiado por la Fundación Nacional de Ciencias para cartografiar la corteza y el manto superior de la Tierra. El conjunto temporal se movió gradualmente por todo el país y llegó a Alaska en 2014. Noventa y seis de estas estaciones ahora forman parte de la red de monitoreo permanente del Centro de Terremotos de Alaska.

"Tenemos este recurso único en Alaska y estamos impulsando la ciencia para aprovecharlo al máximo", dijo Macpherson. "Estamos buscando utilizarlo de formas novedosas".

Referencia: Macpherson KA, Fee D, Coffey JR, Witsil AJ. Uso de infrasonidos locales para estimar la velocidad sísmica y las magnitudes de los terremotos. Bull Seismic Soc Am. 2023. doi: 10.1785/0120220237

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