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Geología

Una brújula para los tsunamis

Alteraciones en el campo magnético de la Tierra pueden alertar sobre la llegada de olas gigantes

THE YOMIURI SHIMBUN, YASUSHI NAGAO / AP / GLOWIMAGESRemolino formado por las olas del tsunami de marzo de 2011 en Iwaki, en la costa norte de JapónTHE YOMIURI SHIMBUN, YASUSHI NAGAO / AP / GLOWIMAGES

El 11 de marzo de este año, un terremoto con magnitud 9 en la escala de Richter provocó una ola gigante, un tsunami, que arrasó la costa este del norte de Japón, ocasionó casi 16 mil muertes y dejó alrededor de 10 mil personas heridas o desaparecidas. Entre las noticias de la catástrofe, circuló en la prensa una nota curiosa: según estimaciones de geofísicos estadounidenses e italianos, el terremoto japonés desplazó en algunos centímetros el eje alrededor del cual se distribuye la masa de la Tierra. Provocado por el deslizamiento de una placa tectónica por debajo de otra durante el temblor, el reordenamiento de la masa del planeta también habría acelerado la rotación de la Tierra y acortado el día en 6,8 millonésimas de segundo, produciendo un efecto similar al de una patinadora sobre hielos que comienza a girar más rápido cuando recoge sus brazos.

Pero esas dos sutiles alteraciones geofísicas no fueron las únicas producidas por terremotos seguidos de tsunamis. Según un estudio elaborado por investigadores del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe), con sede en la localidad paulista de São José dos Campos, y del Observatorio Nacional (ON), de Río de Janeiro, esos grandes fenómenos naturales provocan ínfimas perturbaciones en el campo magnético de la Tierra que pueden medirse y utilizarse para monitorear el surgimiento y la evolución de las olas gigantes. La factibilidad de ese abordaje está argumentada en un artículo científico que acaba de ser presentado ante una revista internacional. Según los geofísicos brasileños, las conclusiones del trabajo pueden servir como base para el logro de mejoras significativas y de bajo costo en los sistemas actuales de alerta contra los tsunamis.

No es una novedad que los océanos pueden afectar sutilmente el campo magnético percibido por las brújulas y generado en el centro de la Tierra. Los investigadores ya midieron al final de los años 1960 la variación en el campo geomagnético inducida por el movimiento diario de los mares. La sal disuelta en forma de iones de cloro y sodio eléctricamente cargados hace que el agua de mar sea conductora de la electricidad. Los movimientos de ese fluido con respecto al campo magnético de la Tierra inducen pequeñas corrientes eléctricas en el mar, explica la geofísica Virgínia Klausner, del ON, una de las autoras del estudio de los tsunamis. El fenómeno, denominado como efecto dínamo, es el mismo que genera corriente eléctrica en un hilo de metal conductor cuando éste se mueve en las cercanías de un imán, afirma el físico Odim Mendes Junior, del Inpe, uno de los directores de doctorado de Virginia. “Esas corrientes eléctricas permanentes en el mar a su vez crean un campo magnético que se superpone al campo magnético de la Tierra y que puede medirse mediante magnetómetros adecuados”, dice Mendes, cuyos trabajos cuentan con fondos de la FAPESP.

No obstante, la medición del magnetismo de un tsunami parecía algo imposible hasta hace poco tiempo. Mientras que la intensidad del campo magnético de la Tierra es del orden de 30 a 50 mil nanoteslas – 20 veces menor que el de un imán de heladera – las variaciones en ese campo provocadas por un tsunami serían de 1 a 10 nanoteslas. Existen magnetómetros con la precisión necesaria como para medir esas variaciones, pero la señal puede ser encubierta por alteraciones magnéticas centenares de veces más intensas provocadas, por ejemplo, por tormentas solares.

El Sol, sin embargo, atravesaba una fase excepcionalmente calma, cuando el 27 de febrero de 2010, un terremoto de magnitud 8,8 en la costa chilena generó un tsunami que se propagó por todo el Pacífico. Con gran dificultad, los geofísicos Chandrasekharan Manoj y Stefan Maus, de la Agencia Norteamericana de Administración de la Atmósfera y de los Océanos (Noaa), en Estados Unidos, junto con Arnaud Chulliat, del Instituto de Física del Globo de París, en Francia, lograron distinguir visualmente una señal de 1 nanotesla captada por el magnetómetro instalado en la isla de Pascua, a 3.500 kilómetros del epicentro del terremoto. La señal coincidía con el arribo del tsunami a la isla y su intensidad, según los cálculos publicados por los investigadores en el boletín EOS, de la Unión Geofísica Americana, del 11 de enero de 2011, era consistente con la altura de la ola detectada por los sensores de presión submarina en alta mar (15 centímetros).

El artículo llamó la atención de Virgínia, quien, bajo la dirección de Mendes y el geofísico Andrés Papa, del ON, trabaja analizando alteraciones geomagnéticas derivadas de la interacción Sol-Tierra, registradas por el observatorio de Vassouras (Río de Janeiro) y por la Red Internacional de Observatorios Magnéticos en Tiempo Real (Intermagnet). Brasil se emplaza en una región bastante peculiar desde el punto de vista geofísico: se encuentra bajo el influjo de la Anomalía Magnética del Atlántico Sur, por el Electrochorro Ecuatorial y por la anomalía de ionización ecuatorial (o de Appleton). Tales fenómenos vuelven más complejo el efecto de las alteraciones del campo magnético sobre el territorio brasileño, pudiendo complicar la prospección minera y afectar las líneas de transmisión de la energía eléctrica. Los científicos notaron que podrían valerse de un método numérico que ya habían desarrollado, hace más de seis años, para el estudio de las alteraciones geomagnéticas en la búsqueda de señales de esa naturaleza asociadas con los tsunamis.

La técnica matemática se denomina “análisis wavelet”, donde wavelet se traduciría como “ondas pequeñas”. Es muy utilizada por físicos e ingenieros para distinguir estructuras localizadas o, dicho en forma más coloquial “una aguja en un pajar”. Esta herramienta actúa como una especie de microscopio capaz de proporcionar un zoom  para características de señales que pasarían desapercibidas. Esta propiedad permite detectar irregularidades locales en la señal geomagnética, entre las cuales se encuentran el inicio de un tsunami y la marca típica de su propagación.

NASA / EARTH OBSERVATORYOlas gigantes en la costa de Sri Lanka: uno de los sitios afectados por el tsunami de 2004 en el océano ÍndicoNASA / EARTH OBSERVATORY

Utilizando una adaptación de esta técnica, Virgínia, Mendes y Papa analizaron junto con Margarete Domingues, experta del Inpe en wavelet, los datos de estaciones en los océanos Índico y Pacífico que forman parte de la red Intermagnet, sostenida por 44 países, incluido Brasil, que publica sus datos vía internet. Para tres tsunamis recientes – el japonés de 2011, el chileno de 2010 y el de Sumatra-Andaman, que el 26 de diciembre de 2004 provocó casi 300 mil muertes en varios países del océano Índico –, los investigadores hallaron señales magnéticas que precedieron a la llegada de las olas gigantes en 10 estaciones de la Intermagnet.

Virgínia recuerda que no resultó sencillo encontrar estaciones magnéticas cercanas a los centros de origen de los tsunamis, sobre todo para los eventos de 2004, que afectó una zona de países pobres, con pocas estaciones, y el de 2011, que ocurrió tan cerca de la costa que hubo una interrupción en la provisión de datos del observatorio más cercano, el de Kakioka, en Japón. El hecho de que no siempre se recaban datos de estaciones costeras equipadas tanto con magnetómetros como con marégrafos también obstaculizó una comparación más minuciosa entre las señales magnéticas y el nivel del mar. La excepción fue la estación de Papeete, en la Polinesia Francesa, equipada con ambos instrumentos. Allí fue posible captar señales magnéticas del tsunami chileno de 2010 hasta dos horas antes de la llegada de la ola.

Cómo se origina un tsunami
Los tsunamis, generalmente producidos por desplazamientos abruptos de las fallas geológicas ubicadas en el lecho oceánico (también causantes de terremotos), comienzan como olas longitudinales del orden de centenares de kilómetros. Comienzan en aguas profundas y se propagan velozmente, cruzando los océanos con velocidades de entre 600 y 800 kilómetros por hora, aunque elevándose apenas algunas decenas de centímetros por sobre el nivel del mar, y así pasan desapercibidas para los barcos. Cuando alcanzan la costa, sin embargo, el cambio de profundidad origina una transformación radical en su formato: la longitud de onda disminuye, su velocidad cae y, lo más impresionante, su altura crece: puede alcanzar decenas de metros.

Como no todo maremoto provoca tsunamis, los sismógrafos dispersos por el planeta no resultan suficientes para alertar a las poblaciones ubicadas en áreas de riesgo. Para ello, existen decenas de sensores de presión instalados en el fondo del mar, la mayoría en el Pacífico. Con todo, solamente los países más ricos poseen recursos destinados a solventar la instalación y mantenimiento de los sensores, una situación que deja a varias poblaciones costeras en situación de vulnerabilidad. Asimismo, el sistema puede tardar horas para detectar un tsunami y no siempre calcula sus dimensiones con exactitud. Un informe meteorológico japonés del último 11 de marzo, por ejemplo, alertaba de la llegada de un tsunami de por lo menos 3 metros de altura, cuando las olas llegaron efectivamente a los 50 metros.

Algunas limitaciones del actual sistema de alerta temprana por tsunamis, tal vez puedan ser corregidas mediante la adopción del abordaje promovido por los brasileños. El geofísico Maurício Bologna, de la Universidad de São Paulo, quien no participa del trabajo del equipo del Inpe ni del de ON, nota “una importante ventaja” en la detección magnética por sobre los sensores submarinos de presión: la capacidad de determinar no sólo la amplitud, sino también la dirección y el sentido de las olas, lo que ayudaría en los cálculos de las propiedades de los tsunamis en tiempo real. Bologna también destaca el bajo costo del método, que aprovecharía los observatorios ya existentes de la Intermagnet. La construcción de nuevas estaciones en tierra también sería más barata que la instalación de sensores en el lecho marino.

Según el geofísico Robert Tyler, de la Nasa, la agencia espacial estadounidense, el trabajo de los brasileños es “relevante y oportuno”. Tyler explica que el método desarrollado podría utilizarse para el análisis de datos, por ejemplo, de la misión Swarm, de la Agencia Espacial Europea, que lanzará en 2012 tres satélites destinados a medir las variaciones geomagnéticas provocadas por alteraciones en las corrientes oceánicas. “Los flujos de los océanos ocupan un rol protagónico en los cambios del sistema climático y también en desastres naturales, tales como los tsunamis”, dice.

El Proyecto
Análisis de las características del acoplamiento electrodinámico plasma solar-magnetosfera basado en los efectos de las corrientes eléctricas planetarias (n° 2007/07723-7); Modalidad Apoyo Regular a Proyecto de Investigación; Co­or­dina­dor Odim Mendes Junior – Inpe; Inversión R$ 44.274,95 (FAPESP)

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