Las ondas sonoras de los terremotos submarinos revelan cambios en el calentamiento del océano

Las ondas sonoras que viajan miles de millas a través del océano pueden ayudar a los científicos a monitorear el cambio climático.

A medida que las emisiones de gases de efecto invernadero calientan el planeta, el océano absorbe grandes cantidades de ese calor. Para monitorear el cambio, una flota global de unos 4,000 dispositivos llamados flotadores Argo está recolectando datos de temperatura de los 2,000 metros superiores del océano. Pero esta recopilación de datos es escasa en algunas regiones, incluidas las partes más profundas del océano y las áreas bajo el hielo marino.

Entonces, Wenbo Wu, un sismólogo de Caltech, y sus colegas están resurgiendo una idea de hace décadas: usar la velocidad del sonido en el agua de mar para estimar la temperatura del océano. En un nuevo estudio, el equipo de Wu desarrolló y probó una forma de utilizar ondas sonoras generadas por terremotos que viajan a través del este del Océano Índico para estimar los cambios de temperatura en esas aguas de 2005 a 2016.

La comparación de estos datos con información similar de los flotadores Argo y los modelos informáticos mostró que los nuevos resultados coincidían bien. Este hallazgo sugiere que la técnica, denominada termometría oceánica sísmica, es prometedora para monitorear el impacto del cambio climático en regiones oceánicas menos estudiadas, informan los investigadores el 18 de septiembre. Ciencias.

Las ondas sonoras son transportadas a través del agua por la vibración de las moléculas de agua y, a temperaturas más altas, esas moléculas vibran más fácilmente. En consecuencia, las olas viajan un poco más rápido cuando el agua está más caliente. Pero estos cambios son tan pequeños que, para ser medibles, los investigadores tienen que seguir las olas a distancias muy largas.

Afortunadamente, las ondas sonoras pueden viajar grandes distancias a través del océano, gracias a un curioso fenómeno conocido como Canal SOFAR, abreviatura de Sound Fixing and Ranging. Formado por diferentes capas de salinidad y temperatura dentro del agua, el canal SOFAR es una capa horizontal que actúa como una guía de ondas, guiando las ondas de sonido de la misma manera que las fibras ópticas guían las ondas de luz, dice Wu. Las olas rebotan hacia adelante y hacia atrás contra los límites superior e inferior del canal, pero pueden continuar su camino, prácticamente sin alteraciones, durante decenas de miles de kilómetros (SN: 16/7/60).

En 1979, los oceanógrafos físicos Walter Munk, entonces en la Institución de Oceanografía Scripps en La Jolla, California, y Carl Wunsch, ahora profesor emérito tanto en el MIT como en la Universidad de Harvard, idearon un plan para usar estas propiedades oceánicas para medir la temperatura del agua de de la superficie al lecho marino, una técnica que llamaron «tomografía acústica oceánica». Transmitirían señales de sonido a través del canal SOFAR y medirían el tiempo que tardan las ondas en llegar a los receptores ubicados a 10.000 kilómetros de distancia. De esta manera, los investigadores esperaban compilar una base de datos global de temperaturas oceánicas (SN: 26/1/1991).

Pero los grupos ambientalistas presionaron y finalmente detuvieron el experimento, alegando que las señales creadas por el hombre podrían tener efectos adversos en los mamíferos marinos, como señala Wunsch en un comentario en el mismo número de Ciencias.

Cuarenta años más tarde, los científicos determinaron que el océano es en realidad un lugar muy ruidoso y que las señales de propuesta humanos serían débiles en comparación con los rumores de los terremotos, los eructos de los volcanes submarinos y los gemidos de los icebergs que chocan dice sismólogo Emile Okal de la Universidad Northwestern de Evanston, Illinois, que no participó en el nuevo estudio.

Sin embargo, Wu y sus colegas han encontrado una solución que evita cualquier preocupación ambiental: en lugar de usar señales artificiales, usan terremotos. Cuando un terremoto submarino retumba, libera energía en forma de ondas sísmicas conocidas como ondas P y ondas S que vibran a través del fondo del mar. Parte de esa energía ingresa al agua y, cuando lo hace, las ondas sísmicas disminuyen y se convierten en ondas T.

Esas ondas T también pueden viajar a lo largo del canal SOFAR. Luego, para rastrear los cambios en la temperatura del océano, Wu y sus colegas identificaron «repetidores»: terremotos que el equipo determinó que se originaron en el mismo lugar, pero que ocurren en momentos diferentes. El Océano Índico Oriental, dice Wu, fue elegido para este estudio de prueba de concepto en gran parte porque es muy sísmicamente activo y ofrece una gran cantidad de tales terremotos. Después de identificar más de 2.000 repetidores entre 2005 y 2016, el equipo midió las diferencias en el tiempo de viaje de las ondas sonoras a través del este del Océano Índico, una distancia de alrededor de 3.000 kilómetros.

Los datos revelaron una ligera tendencia al calentamiento de alrededor de 0,044 grados Celsius por década. Esa tendencia es similar, aunque un poco más rápida, a la indicada por las temperaturas en tiempo real recolectadas por los flotadores Argo. Wu dice que el equipo planea probar la técnica con receptores más distantes, incluso frente a la costa oeste de Australia.

Esa distancia adicional será importante para demostrar que el nuevo método funciona, dice Okal. «Es un estudio fascinante», dice, pero las distancias involucradas son muy cortas en lo que respecta a las ondas T, y los cambios de temperatura estimados son muy pequeños. Esto significa que cualquier incertidumbre al hacer coincidir los orígenes precisos de dos terremotos repetidos podría resultar en incertidumbre en los tiempos de viaje y, por lo tanto, en variaciones de temperatura. Pero los estudios futuros a mayores distancias podrían ayudar a mitigar esta preocupación, dice.

El nuevo estudio «realmente está abriendo nuevos caminos», dice Frederik Simons, un geofísico de la Universidad de Princeton que no participó en la investigación. “Realmente han ideado una buena manera de anticipar cambios temporales muy sutiles y lentos. Técnicamente tiene mucha experiencia. «

Y, agrega Simons, en muchos lugares los registros sísmicos son décadas más antiguos que los registros de temperatura recopilados por los flotadores Argo. Esto significa que los científicos pueden utilizar la termometría sísmica del océano para obtener nuevas estimaciones de las temperaturas oceánicas pasadas. «Se iniciará la búsqueda de documentos de archivo de alta calidad».

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