El volcán Etna, que se eleva a 3.000 metros sobre un millón de personas, es uno de los volcanes más vigilados de la Tierra. Cientos de sensores cerca de sus laderas y por una buena razón, es el volcán más activo de Europa, que periódicamente arroja lava y enormes columnas de escombros que hacen aterrizar a los aviones y, en general, hacen la vida caótica a quienes viven a su sombra.
Pero ahora los cientÃficos han estado espiando el Etna con un nuevo e insólito dispositivo de vigilancia: los cables de fibra óptica, como los que llevan la Internet. Una técnica conocida como DAS (detección acústica distribuida) para captar señales sÃsmicas que los sensores convencionales no detectan. Esto podrÃa ayudar a mejorar el sistema de alerta temprana del que dependen los habitantes de los alrededores de Italia. Además de millones de personas en todo el mundo también están a merced de los volcanes activos, que crean el caos tanto si son grandes como pequeños.
El DAS está sacudiendo la ciencia a lo grande. Cuando el Internet crecÃa en la década de los 90’s, las telecomunicaciones acababan tendiendo más cable de fibra óptica del que necesitaban, ya que el material en sà era barato comparado con la mano de obra necesaria para enterrarlo. Ese cable sobrante queda sin utilizar, por lo tanto, los cientÃficos pueden alquilarlo para realizar experimentos de DAS. Mientras, los ingenieros lo utilizan para controlar la deformación de la tierra, los geofÃsicos para estudiar los terremotos y por último, los biólogos incluso utilizan cables submarinos para captar las vibraciones de los cantos de las ballenas.
La fibra óptica funciona transportando señales del punto A al punto B en forma de pulsos de luz, pero si el cable se ve perturbado, por ejemplo, por un terremoto, una pequeña cantidad de esa luz rebota hacia la fuente. Para medirlo, los cientÃficos utilizan un "interrogador", que dispara un láser a través de las fibras y analiza lo que se devuelve. Como los investigadores conocen la velocidad de la luz, pueden determinar las perturbaciones a distintas longitudes del cable: algo que ocurra a 18 metros de distancia devolverá una luz que tardará un poco más en llegar al interrogador que algo que ocurra a 15 metros.
Estas mediciones son sensibles, por ejemplo, en la primavera de 2020, durante los primeros dÃas de los cierres de COVID-19, los cientÃficos de la Universidad Estatal de Pensilvania utilizaron la fibra óptica oscura enterrada de su campus para observar cómo disminuÃa y se reanudaba el movimiento de peatones y vehÃculos. Incluso podÃan determinar el origen de la perturbación en la superficie por la frecuencia de su vibración: una pisada humana oscila entre 1 y 5 Hz, mientras que el tráfico vehicular tiene entre 40 y 50 Hz.
Esta nueva investigación se centra en la misma idea, sólo que estos cientÃficos lo hicieron en un volcán activo. Como las empresas de telecomunicaciones nunca se han molestado en colocar fibra óptica en el Etna, los investigadores han cavado una zanja de 4- 6 km de largo y han enterrado la suya propia, no muy lejos del borde del volcán.
El cable detectó otros fenómenos volcánicos que los sensores convencionales no detectaron o apenas reconocieron. Detectó eventos de desgasificación, en los que el volcán libera vapor de agua y otros gases como el dióxido de carbono. La gente que se encontraba en el Etna en ese momento grabó un vÃdeo de estos fenómenos, lo que supone una prueba de campo en toda regla. El DAS también grabó "pulsos de temblor simples", que eran distintos de la desgasificación debido a la menor frecuencia de su señal. (Los investigadores consideran que estos impulsos podrÃan ser el movimiento de gas o lÃquido en profundidad, que a su vez impulsa la desgasificación).
Todo ello queda claramente esbozado en los datos de las fibras, mientras que los sensores convencionales se quedaron cortos. "Una de las principales ventajas del DAS, que a menudo tiende a pasarse por alto, es que puede captar cosas en muchas frecuencias", afirma el geofÃsico Ariel Lellouch, que utiliza esta tecnologÃa en la Universidad de Tel Aviv, pero no participó en este estudio. En cambio, un sensor de infrasonidos sólo capta sonidos de baja frecuencia. Además, el DAS es más fácil de mantener. "La fibra se queda ahÃ, en comparación con los sensores tradicionales que necesitan telemetrÃa y a veces necesitan pilas y hay que cambiarlas", sustrajo Lellouch.
El DAS podrÃa complementar los métodos tradicionales de vigilancia de los volcanes, dice Marco Aloisi, que estudia el Etna en el Instituto Nacional de GeofÃsica y VulcanologÃa de Italia, pero que no participó en la investigación. Debido a la gran cantidad de gente que vive a su alrededor, el Etna se vigila de cerca, con unas 200 estaciones de vigilancia. Pero esto requiere mucha fuerza humana y cuanto menos tiempo pase la gente en un volcán activo, mejor. "El verdadero reto es contar con muchos recursos humanos y una tecnologÃa fiable que permita un funcionamiento continuo de todo el sistema", dice Aloisi.
El DAS, en cambio, es un sistema más pasivo: se tiende el cable y los datos entran a raudales. "En cierto sentido, estás construyendo un observatorio sÃsmico con fibra", dice Lellouch. "Y puedes volver años más tarde, a no ser que la fibra se haya fundido por alguna enorme erupción".
Los autores del trabajo quieren probar con cables de muchos kilómetros de longitud, lo que permitirÃa obtener aún más datos y en el futuro, los cientÃficos podrÃan incluso hacer un bucle completo alrededor de un volcán, proporcionando datos de 360 grados que podrÃan avanzar en las recientes mejoras de los sistemas de alerta temprana.
Una semana antes de la erupción explosiva del Etna en julio de 2001, por ejemplo, los datos recogidos por los instrumentos GPS mostraron que las estaciones de control se estaban alejando, lo que indicaba que el Etna se estaba llenando de magma que habÃa subido desde las profundidades. Por aquel entonces, no habÃa el control en tiempo real que hay ahora, asà que los cientÃficos tardaron unos dÃas en procesar los datos y emitir una alerta. (Por suerte, en ese caso, supieron pronto que la erupción no iba a suponer una amenaza grave para la gente). Tal vez, dice Aloisi, el DAS podrÃa captar señales que esos sensores convencionales pasan por alto, perfeccionando aún más el sistema de alerta. "Esta tecnologÃa permite la detección de pequeñas señales, la obtención de imágenes estructurales detalladas y una comprensión más aguda de la dinámica subyacente a los procesos magmáticos", dice Aloisi.
Cuanto antes se avise, antes podrá evacuarse la población y se podrán salvar más vidas. "Ampliar este tiempo para advertir a la gente y ayudarla a alejarse del suceso: éste es el propósito, siempre", indicó Krawczyk. "Si comprendemos mucho mejor qué procesos pueden ser precursores y que indican lo que podrÃa ser un nuevo parámetro de alerta, esto podrÃa ser un nuevo conocimiento increÃble".