Sismómetro de fondo oceánico

Un sismómetro de fondo oceánico ( OBS ) es un sismómetro que está diseñado para registrar el movimiento de la Tierra bajo los océanos y lagos a partir de fuentes artificiales y naturales.

Los sensores en el fondo del mar se utilizan para observar eventos acústicos y sísmicos . Las señales sísmicas y acústicas pueden ser causadas por diferentes fuentes, por terremotos y temblores, así como por fuentes artificiales. El cálculo y análisis de los datos proporciona información sobre el tipo de fuente y, en caso de eventos sísmicos naturales, la geofísica y geología del fondo marino y la corteza más profunda. El despliegue de OBS a lo largo de un perfil proporcionará información sobre la estructura profunda de la corteza terrestre y el manto superior en áreas marinas. OBS puede estar equipado con un máximo de un geófono de tres componentes además de un hidrófono , y por lo tanto necesita una capacidad de más de 144 Mbytes, que sería el mínimo para un perfil MCS adecuado. En un estudio típico, los instrumentos deben estar operativos durante varios días (las implementaciones pueden superar los 12 meses), ^[1] lo que requiere una capacidad de almacenamiento de datos de más de 500 Mbyte. Otros experimentos, como las investigaciones tomográficas dentro de un estudio 3D o el monitoreo sismológico, exigen capacidades aún mayores.

El OBS consiste en una esfera de aluminio que contiene sensores, componentes electrónicos, suficientes baterías alcalinas para durar 10 días en el fondo del océano y un disparador acústico . Las dos mitades de la esfera se unen con una junta tórica y una abrazadera de metal para mantener las mitades juntas. Se coloca un ligero vacío en la esfera para asegurar mejor un sellado. La esfera por sí sola flota, por lo que se necesita un ancla para hundir el instrumento hasta el fondo. En este caso, el ancla es una placa metálica plana de 40 pulgadas (1,02 metros) de diámetro. El instrumento ha sido diseñado para poder desplegarse y recuperarse de casi cualquier embarcación. Todo lo que se necesita (para el despliegue y la recuperación) es suficiente espacio en cubierta para sostener los instrumentos y sus anclas y una pluma capaz de levantar un OBS de la cubierta y balancearlo para bajarlo al agua. El OBS se atornilla al ancla y luego se deja caer (suavemente) por el costado.

Los sismómetros funcionan según el principio de inercia. El cuerpo del sismómetro reposa firmemente sobre el fondo del mar. En su interior, una masa pesada cuelga de un resorte entre dos imanes. Cuando la Tierra se mueve, también lo hacen el sismómetro y sus imanes, pero la masa permanece brevemente donde está. A medida que la masa oscila a través del campo magnético, produce una corriente eléctrica que el instrumento mide. El sismómetro en sí es un pequeño cilindro de metal; el resto del OBS del tamaño de un baúl consta de equipo para hacer funcionar el sismómetro (un registrador de datos y baterías), peso para hundirlo hasta el fondo del mar, una liberación acústica controlada a distancia y flotación para traer el instrumento de regreso a la superficie.

El movimiento del suelo provocado por los terremotos puede ser extremadamente pequeño (menos de un milímetro) o grande (varios metros). Los movimientos pequeños tienen frecuencias altas, por lo que su seguimiento requiere medir el movimiento muchas veces por segundo y produce enormes cantidades de datos. Los movimientos grandes son mucho más raros, por lo que los instrumentos necesitan registrar datos con menor frecuencia, para ahorrar espacio en la memoria y energía de la batería para despliegues más prolongados. Debido a esta variabilidad, los ingenieros han diseñado dos tipos básicos de sismómetros:

Registran movimientos de alta frecuencia (hasta cientos de veces por segundo). Pueden registrar pequeños terremotos de período corto y también son útiles para estudiar las decenas de kilómetros exteriores del fondo marino. Detalles técnicos de dos modelos: WHOI D2 y Scripps L-CHEAPO.

Registran un rango mucho más amplio de movimientos, con frecuencias de aproximadamente 10 por segundo a una o dos veces por minuto. Se utilizan para registrar terremotos de tamaño mediano y actividad sísmica lejos del instrumento. Detalles técnicos de dos modelos: OBS de despliegue prolongado WHOI y OBS de despliegue prolongado Scripps.

Se están empezando a desarrollar OBS personalizados, a medida que aumenta la necesidad de expansión de la cobertura en el campo de la sismología ^[2] y se hacen necesarias implementaciones permanentes. Una personalización para mejorar la calidad de los datos de los sismómetros es perforar el sismómetro en una carcasa de aluminio en la superficie (~1 m) para crear estabilidad en el sedimento blando del fondo del océano. ^[2] Otra personalización que es posible es agregar un medidor de presión diferencial (DPG) y/o un medidor de corriente , para comprender cómo cambia la presión alrededor del sismómetro. ^[2] También puede ser práctico almacenar el registrador de datos y la batería en una esfera de vidrio Benthos para poder conectarse al barco mediante el uso de un vehículo operado a distancia (ROV) , ^[3] que es un avance necesario para tener y mantener implementaciones permanentes de OBS.

Los relojes muy estables permiten comparar las lecturas de muchos sismómetros distantes (sin marcas de tiempo fiables, los datos de diferentes máquinas serían inutilizables). El desarrollo de estos relojes fue un avance crucial para los sismólogos que estudian el interior de la Tierra. Después de recuperar un sismómetro del fondo del océano, los científicos pueden descargar los datos del instrumento conectando un cable de datos. Esta característica ahorra la tarea de desmontar con cuidado la carcasa protectora del instrumento mientras se está a bordo de un barco en movimiento. La capacidad de conectar un sismómetro a un amarre o un observatorio hace que los datos del instrumento estén disponibles al instante. Esta es una enorme ventaja para los geólogos que se apresuran a responder a un gran terremoto.

El entorno de estos despliegues complica los métodos estándar que se utilizan para analizar los datos debido al océano sobre el sismómetro, a diferencia del aire libre sobre una estación terrestre típica. ^[5] Estos sismómetros también tienen una relación señal-ruido reducida debido al ruido creado por el movimiento de los océanos debido a las mareas impulsadas por el viento, particularmente en períodos de 7 y 14 segundos. ^[6] Este movimiento de largo período y la corriente que fluye alrededor del sismómetro pueden crear problemas de ruido de largo período en los componentes horizontales porque el sedimento blando (saturado) sobre el que reposa el sismómetro es más susceptible a permitir que el sismómetro se incline ^[7] e idealmente, el componente horizontal no se moverá y será perpendicular a la gravedad para obtener los mejores resultados del sismómetro. El sedimento saturado también reduce significativamente la relación señal-ruido ^[8] porque la velocidad de las ondas P y S disminuye y las ondas sísmicas quedan atrapadas en la capa de sedimento creando un timbre de gran amplitud debido a la conservación de la energía .

Uno de los mayores despliegues de OBS de la historia fue el Experimento de Tomografía y Electromagnetismo del Gran Manto (Big MELT), ^[9] que involucró a casi 100 OBS en la Dorsal del Pacífico Oriental con el objetivo de comprender la generación de magma y el desarrollo de las dorsales oceánicas . La Iniciativa Cascadia ^{[10] [8]} es un despliegue en tierra/en alta mar para observar la deformación de las placas de Juan de Fuca y Gorda , así como temas que van desde megaterremotos hasta la estructura del arco volcánico en el noroeste del Pacífico . El PLUME hawaiano (Experimento de Derretimiento Submarino de Penacho-Litosfera) ^[11] fue un despliegue en tierra/en alta mar (predominantemente en alta mar) para comprender mejor qué tipo de penacho del manto se encuentra debajo de Hawái y para comprender mejor el afloramiento del manto en esta región y su relación con la litosfera . Implementación de la Arquitectura de Banda Ancha Astenosférica y Litosférica del Experimento de la Región Offshore de California (ALBACORE) ^[12] entre 2010 y 2011 de 34 OBS para ayudar a comprender mejor la interacción tectónica en el límite de las placas Pacífico-Norteamérica y los estilos de deformación de la placa del Pacífico y las microplacas cercanas.

• "OBS francés"
• "https://woodshole.er.usgs.gov/operaciones/obs/whatobs.html"
• "OBSERVACIÓN DE KUM"
• "Tecnología GEOMAR"