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HORIZONTES. Paisajes futuros de la investigación
Ruido sísmico. Un recurso para conocer la Tierra en profundidad

1 de febrero de 2010

Los fenómenos que se producen en las profundidades de la Tierra tienen gran relevancia para evaluar correctamente los riesgos geológicos. Los investigadores del Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera (CSIC) aprovechan el ruido sísmico de fondo procedente de la actividad humana o del oleaje oceánico para tener un conocimiento más exacto de la geología profunda de la Península Ibérica.

  

Imagen del primer despliegue de la red IberArray

Variaciones en la banda microsísmica relacionadas con el oleaje del mar

Arriba: Imagen del primer despliegue de la red IberArray. Abajo: Variaciones en la banda microsísmica relacionadas con el oleaje del mar.

 

Enlaces externos:

Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera (CSIC)

Departamento de Estructura y Dinámica de la Tierra

Proyecto TopoIberia

Escucha la voz de Jordi Díaz en Voces científicas

 

 

 

 

 

Hoy en día, se conoce bastante bien la superficie de la Tierra pero no su interior, que todavía se resiste a ser explorado. Viajar al centro de la Tierra continúa siendo territorio exclusivo de la imaginación. Pese a ello, en los últimos años, las ciencias geológicas han dedicado esfuerzos considerables a explorar el territorio más inaccesible del planeta. En este contexto, el proyecto TopoIberia, un proyecto muy ambicioso a nivel estatal en el cual participa el CSIC, ha creado una red de estaciones sísmicas con el objetivo de confeccionar mapas precisos de la estructura del interior de la Tierra y mejorar la comprensión de los fenómenos que suceden allí. Uno de los aspectos que analizan los investigadores del Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera (CSIC) es el ruido sísmico ambiental que genera la actividad humana (tránsito, maquinaria) o las oleadas del océano. El estudio de las variaciones de ese rumor de fondo permite mejorar los modelos geológicos existentes.


“Los procesos geológicos profundos ayudan a predecir los riesgos geológicos o la disponibilidad de recursos"

 

Explorar el interior de la Tierra

Conocer las entrañas de nuestro planeta puede ser un sueño de la ficción o una tarea de la investigación. Ahora bien, la realidad es que las posibilidades de acceder directamente al interior de la Tierra son limitadas. Los proyectos más atrevidos de perforación geológica han podido llegar a unos doce kilómetros de profundidad; y con algunas mejoras técnicas quizás se podrían lograr algunos kilómetros más. Pero, desgraciadamente, continuaría siendo una punzada de tipo superficial, que no penetra ni el 1% de la estructura interna de la Tierra.

Por ese motivo, las disciplinas que investigan en el campo de las ciencias de la Tierra han tenido que desarrollar otros modos de conocer su estructura y dinámica. Han aprovechado, por ejemplo, las propiedades físicas y geológicas de la Tierra, como por ejemplo el magnetismo, la gravedad o las ondas sísmicas y, dependiendo de cómo responden y transmiten las señales en diferentes puntos, deducir la estructura de los materiales que se encuentran a grandes profundidades. Una de las herramientas más útiles es el análisis de la propagación de las ondas sísmicas generadas por terremotos a distancias local, regional y global. En algunos casos resulta conveniente generar “terremotos artificiales”, es decir, explosiones controladas para poder investigar más en detalle la estructura regional. En los últimos años, ha tomado bastante importancia, para investigar las propiedades de la Tierra, la utilización del ruido sísmico de fondo, que no es otra cosa que el rumor de fondo que se registra normalmente en los periodos sin terremotos.

Gracias a un amplio conjunto de técnicas, activas o pasivas, se puede llegar muy lejos en profundidad. Este conocimiento, además, está resultando muy valioso puesto que, sobre todo últimamente, se ha visto que los procesos geológicos profundos tienen una influencia importante a nivel de la litosfera y el manto terrestre y, por lo tanto, son elementos a tener en cuenta por predecir las variaciones climáticas, los riesgos geológicos o la disponibilidad de recursos naturales. En este contexto, hace unos años que se han puesto en marcha diversas iniciativas internacionales (Earthscope, TopoEurope) que pretenden confeccionar mapas y bases de datos exhaustivas de la geología interna global del planeta, que permitan resolver los interrogantes actualmente existentes mediante nuevas estrategias de colaboración. A nivel estatal, se está realizando una iniciativa similar con el proyecto TopoIberia liderada científicamente por el profesor de investigación del CSIC Josep Gallart y en el cual participan también otros investigadores del Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera (CSIC).

"La finalidad de Topo-Iberia es comprender la interacción entre procesos profundos, superficiales y atmosféricos en la Península Ibérica"

 

Geociencias en Iberia

El proyecto TopoIberia se concibió con la idea que el microcontinente Ibérico es un laboratorio natural ideal para realizar investigación innovadora y multidisciplinar y, pues, un contexto idóneo dónde se podían reunir las instituciones más destacadas en el campo de las ciencias de la Tierra. El proyecto se inició el año 2006 y recientemente ha renovado su condición de proyecto Consolider, del programa Ingenio 2010, que el Ministerio de Ciencia e Innovación otorga para promover la excelencia científica. En él participan un centenar de investigadores procedentes de diez instituciones de reconocido prestigio en este campo.

La finalidad de Topo-Iberia es comprender la interacción entre procesos profundos, superficiales y atmosféricos, integrando investigaciones en geología, geofísica, geodesia y geo-tecnología. Unos de los principales objetivos es el de incrementar la información geológica disponible con el despliegue sobre el terreno de una plataforma IberArray de observación tecnológica, multiinstrumental y de gran resolución. Se trata de una red de pequeños laboratorios portátiles que permiten registrar varios tipos de datos, como por ejemplo las ondas sísmicas, posiciones geográficas de alta precisión utilizando el GPS y el campo magnetotelúrico. Con la integración de esta diversidad de datos se pretende comprender mejor la relación entre el relieve geográfico y la estructura profunda de la Tierra.

Con respecto a la sísmica, la red está formada por unas 80 estaciones de registro y se ha desplegado en una cuadrícula de 60x60 kilómetros. Los registros sísmicos se analizan utilizando diferentes metodologías encaminadas a finalidades diferentes. Uno de los principales objetivos es aumentar la precisión de la localización de la sismicidad regional, teniendo en cuenta el análisis de la forma de las ondas y otras técnicas avanzadas. Uno de los primeros aspectos que había que analizar, y que han realizado los investigadores del grupo de Investigación Estructura y dinámica de la Tierra del Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera (CSIC), es el nivel de ruido de fondo en los registros de cada estación, que puede llegar a distorsionar las imágenes que se tienen que construir de la geología profunda de la Península ibérica.

El ruido de fondo

"Durante la mayor parte del tiempo lo que se registra es el denominado ruido sísmico ambiental"

 

Las estaciones de IberArray reciben numerosa información a partir de las ondas sísmicas. Pese a que su sensibilidad permite registrar las ondas generadas por terremotos localizados en cualquier parte del mundo, durante la mayor parte del tiempo lo que se registra es el denominado ruido sísmico ambiental. Este ruido de fondo está provocado fundamentalmente, por un lado, por la actividad humana próxima a la estación de registro y, por el otro, por el oleaje del océano. El nivel de este ruido de fondo varía sensiblemente en función de la geología de la zona de registro. Así, el ruido es siempre más alto en las cuencas sedimentarias como por ejemplo el valle del Guadalquivir.


La investigación sobre las propiedades del ruido sísmico de fondo que ha encabezado el investigador del CSIC Jordi Díaz se ha centrado en el análisis de 55 estaciones del sur de la placa de Iberia y el norte de Marruecos y ha permitido cuantificar el nivel en cada una de las estaciones, a la vez que ha determinado las variaciones diurnas, estacionales o meteorológicas. Esta información es relevante porque permite controlar la calidad de los registros y tenerla presente en la elaboración de los modelos finales. Pero el estudio del ruido sísmico no sólo sirve de control de las estaciones sino que permite obtener información de su origen y de la estructura interna de la Tierra. Así, utilizando técnicas sofisticadas basadas en el análisis de la polarización de la señal se puede determinar con precisión dónde se encuentra la fuente de ruido sísmico grabado y, de esta manera, caracterizar la posición de las grandes tormentas oceánicas. En esta línea, las investigaciones que realiza Martin Schimmel en el Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera (CSIC) aportan nuevos datos sobre el nivel de actividad de las tormentas y, por lo tanto, de la variabilidad climática.


Finalmente, comparando el registro del ruido sísmico en varias estaciones de una red y aplicando técnicas de modelización tomográfica es posible determinar de forma detallada, de manera parecida a las tomografías que se hacen en los hospitales, la estructura sísmica de los niveles superiores de la corteza. Esta investigación, liderada por el investigador Antonio Villaseñor, también del Jaume Almera, se ha aplicado ya a la Península Ibérica utilizando datos de estaciones permanentes. La posibilidad de añadir los datos de la red IberArray mejorará notablemente la precisión de los modelos obtenidos.
Con estos estudios sobre el ruido sísmico ambiental, el proyecto TopoIberia anda con buen paso hacia su meta de confeccionar bases de datos exhaustivas de la geología interna del continente ibérico.


Laura Valls
Unidad de comunicación científica.
Delegación del CSIC en Cataluña

 

PERFIL DEL GRUPO
  

Equipo del Departamento de Estructura y Dinámica de la Tierra del Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera (CSIC). De izquierda a derecha, Josep Gallart, Jordi Diaz, Mario Ruiz, Antonio Villaseñor, Martin Schimmel y Esteve Serra

Jordi Diaz
Jordi Díaz es investigador científico del CSIC en el Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera y su investigación se ha centrado en el uso de técnicas de sísmica activa y pasiva para el estudio de la estructura y dinámica litosférica.


Martin Schimmel
Martin Schimmel es científico titular del CSIC en el Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera y su investigación se ha centrado en el desarrollo de métodos para la detección e identificación de señales débiles y en su uso para investigar la estructura terrestre.


Antonio Villaseñor
Antonio Villaseñor es científico titular del CSIC en el Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera. Sus principales intereses científicos son el estudio de la sismicidad instrumental a escala global y la tomografía sísmica a partir de olas de volumen, de superficie o del ruido sísmico.


Josep Gallart
Josep Gallart es Profesor de Investigación en el Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera. Tiene una amplia experiencia en el campo de la sismología experimental y actualmente es el investigador principal del proyecto TopoIberia.


Otros miembros del equipo
Mario Ruiz, Beatriz Gaite y en Esteve Serra forman una parte importante del grupo de investigación, realizando tareas de adquisición y procesado de los datos de campo y de mantenimiento de la base de datos.

Escucha la voz de Jordi Díaz en Voces científicas