GPS en el fondo del mar

5 02 2017

Cuando ocurren grandes sismos en las zonas de subducción como en las costas del Pacifico en Mexico, o en Chile, frecuentemente escuchamos que la costa del país se movió algunos centímetros, a veces hasta metros. ¿Cómo es que sabemos eso?

La respuesta es por supuesto con mediciones hechas por estaciones de GPS. El GPS que se usa en la sismología es diferente a lo que estamos acostumbrados a usar en nuestros teléfonos. Los GPS que utilizamos todos los días para navegar por la ciudad tiene precision de varios metros, es decir sabe en que calle estas, pero no podría decirte en que carril de la avenida te encuentras. Mientras tanto, lo que se usa en sismología (mucho mas caro por cierto)  tiene precision de tan solo centímetros. ¡Centímetros! El tamaño de una moneda. Con las estaciones modernas de GPS podemos detectar movimientos diminutos.

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Estación de GPS en la peninsula tamarindo en Jalisco, México. La antena de GPS (el domo gris) recibe la señal de los satélites y la transmite a un receptor especial (en la caseta) que procesa las señales

Estas estaciones se han vuelto comunes y hay redes de GPS en casi todos los países que frecuentemente experimentan un sismo. Pero hay nuevos desarrollos tecnológicos que nos permiten medir el movimiento del terreno inclusive bajo el mar. Durante el sismo de magnitud 9 en el 2011 en Japón había 5 estaciones de medición instaladas y lo que observaron no fue nada menos que espectacular. 5 y 15 y hasta 24m de movimiento horizontal del fondo del mar entero y hasta 3m de movimiento vertical. Imaginen la energía necesaria para deforma cientos de kilómetros de la corteza del planeta, no centímetros, si no decenas de metros.

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Deformación del fondo del mar a causa del sismo de magnitud 9 en Japón en 2011 medidos por GPS marino

Pero ¿cómo es posible que funcione el GPS a miles de metros de profundidad bajo la superficie del oceano? ¡Es difícil! Primero se necesitan robots submarinos que instalen las estaciones en el fondo del mar. Las estaciones no son GPS en si, si no arreglos triangulares de sensores acústicos que se comunican entre si.

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Sensor acustico para GPS marino en el fondo del mar

Pero esto no es suficiente. Una vez que se instala en el fondo el arreglo de sensores acústicos es necesario visitar cada estación con un buque de investigación científica. El buque se mantiene sobre el arreglo de sensores en el fondo y se comunica con ellos de forma inalámbrica a través de pulsos acústicos también. Simultáneamente antenas especializadas de GPS instaladas en el buque permiten determinar con mucha precision la posición del buque. Al mismo tiempo el buque determina su posición relativa con respecto al arreglo en el fondo del mar y así se calcula la posición del arreglo. Cuando sucede un gran sismo el buque visita de nuevo todas las estaciones midiendo su posición y así determina que se han movido tantos metros a consecuencia del sismo. Así pues, en sentido estricto esta forma de medición no es solo GPS si no que utiliza también métodos acústicos de comunicación, por lo cual recibe el nombre de GPS-A

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Esquema de la tecnica GPS-A

Pero es caro, muy caro. Se necesita al menos un día entero de mediciones para determinar la posición de una sola estación y los buques científicos pueden costar hast $50,000 dólares por día para operar. Por lo tanto hay interés en maneras mas económicas de llevar a cabo las mediciones. Una tecnología prometedora son los vehículos autónomos. Son una especia de tabla de surf, con paneles solares y comunicación satelital que pueden navegar a unos 5km/hr de forma totalmente independiente para visitar las estaciones de GPS-A. Estos vehículos autónomos aun son de investigación y no son parte del arsenal tradicional de la sismología, pero en el futuro cercano es posible que haya pequeñas flotas de ellos circulando por las costas del pacifico llevando a cabo mediciones para estudiar como funcionan los grandes sismos en las zonas de subducción.

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Vehículos autónomos usados como plataformas de comunicación para medir la deformación del fondo del mar con la técnica GPS-A

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