Huellas de huracanes en los registros sísmicos

Después de la devastadora temporada de huracanes de Estados Unidos de 2017, es natural preguntarse, como muchos lo hicieron en 2005, si la ferocidad de 2017 tuvo algo que ver con el calentamiento global o si fue solo un recordatorio destructivo de la variabilidad climática natural.

NOAA y otros científicos desearían responder a esta pregunta, pero la actividad de los huracanes varía tanto de un año a otro y de una década a otra, que es difícil detectar cualquier tendencia a largo plazo con los registros que tenemos. Los datos satelitales mundiales consistentes solo se remontan a alrededor de la década de 1960.

Pero si los registros del cielo no pueden hacer esta tarea, podría ser el momento de mirar los registros desde el suelo.

Esa es la idea detrás de un estudio reciente de un equipo de científicos con mentalidad sísmica dirigido por Lucía Gualtieri de la Universidad de Princeton y Suzana Carmago de la Universidad de Columbia. Parcialmente respaldado por fondos de la Oficina del Programa Climático de la NOAA. El equipo investigó 13 años de datos sobre ciclones tropicales y ruido sísmico alrededor del Océano Pacífico noroeste.

En su trabajo, publicado en línea en Earth and Planetary Science Letters en diciembre de 2017, describen un método para estimar la resistencia a los ciclones tropicales solo a partir de los registros sísmicos. La técnica podría proporcionarnos más información sobre la actividad ciclónica durante décadas y revelar tendencias previamente ocultas que nos ayudarían a comprender mejor y predecir cómo las estaciones de huracanes podría cambiar en el futuro.

Escuchando ruido sísmico ambiental

Cuando golpea un huracán, los vientos intensos, las olas fuertes y el oleaje creciente probablemente eliminen cualquier idea de los registros sísmicos de la mente de la mayoría de las personas. Pero Gualtieri y sus colegas sabían que los ciclones tropicales dejan huellas en el registro sísmico.

Los sismómetros de la vieja escuela usaban un gran péndulo suspendido de un marco con conexión a tierra. El péndulo permanecía estacionario mientras el marco se movía con la sacudida de la Tierra. Unido al péndulo, un lápiz trazaba los movimientos en un tambor de papel conectado al marco móvil.

Los instrumentos modernos ya no usan péndulos, pero se rigen por el mismo principio. Cuando ocurre un evento sísmico, las diferencias en el movimiento relativo entre un peso y un marco conectado a tierra generan una señal eléctrica que una computadora luego traduce en un sismograma. Tanto los sismógrafos modernos como los de la vieja escuela registran eventos sísmicos dramáticos como picos pronunciados.

Pero cuando un sismómetro garabatea el temblor de la Tierra, aparece mucho más que solo terremotos y volcanes. Un zumbido de fondo constante vibra a través de la Tierra. Esa actividad normal y cotidiana se llama "ruido sísmico ambiental".

Muchas fuentes contribuyen a ese ruido sísmico ambiental, pero la principal proviene de las olas oceánicas cuando interactúan entre sí y envían fuerzas presurizadas hacia el lecho marino.

Durante un ciclón tropical, las olas grandes y poderosas se arremolinan y colisionan entre sí a medida que los vientos giran en espiral en diferentes direcciones. Esas colisiones de onda sobrealimentadas crean señales sísmicas que se elevan justo por encima del ruido ambiental para que Gualtieri y su equipo las seleccionen y las utilicen para analizar la fuerza del ciclón.

Poniendo el ruido de fondo a trabajar

Si bien los geólogos han sabido desde principios del siglo XX que los ciclones dejan atrás estas huellas sísmicas, los estudios previos fueron en su mayoría estudios de casos que describían los detalles sísmicos de una tormenta tropical.

El equipo de Gualtieri, que incluía sismólogos, científicos de la atmósfera y un estadístico, tenía un objetivo más ambicioso. Querían encontrar una forma de categorizar todos los ciclones tropicales con una intensidad de categoría 1 o superior.

El equipo de Gualtieri utilizó datos de 2000-2010 para compilar un conjunto de datos de todos los tifones del Pacífico de categoría 1 o superior (el nombre de ciclones tropicales en el Pacífico norte occiental) que duró al menos dos días. Utilizando datos satelitales, ampliaron los segmentos del registro sísmico que coincidieron con esas tormentas tropicales y desarrollaron un modelo que vincula la fuerza de la señal a la fuerza del ciclón. Luego probaron este modelo en los datos del ciclón para el período 2011-2012 y descubrieron que logró detectar con éxito las intensidades de las tormentas.

"Obtuvimos muy buenas estimaciones", dijo Gualtieri, "pero no tan buenas como los datos satelitales".

Más sorpresa para ella, y como dijo, "Intenté resistir esto", fue que a pesar de lo complejo que es el mecanismo que crea estas señales de ciclones tropicales en el ruido ambiental, la relación real entre la intensidad de la tormenta y la fuerza del la señal sísmica puede describirse como lineal. Como lo explicó Gualtieri, "una relación lineal es de uno a uno, o de dos a dos, o de tres a tres." Por lo que respecta a su investigación, "significa que su ciclón tropical tiene el mismo poder como la señal sísmica detectada.

Esta relación lineal tiene importancia porque nos permite ver más fácilmente los cambios [a lo largo del tiempo]. Cuando se tiene una relación de uno a uno, los cálculos de la fuerza son más fáciles y también las comparaciones entre los ciclones. "El rastreo de una tendencia debido al registro relativamente corto de la actividad de ciclones en todo el mundo, no hay consenso sobre si la frecuencia o intensidad de los ciclones se han incrementado debido al calentamiento global causado por los humanos. Pero los datos sísmicos se han recopilado desde principios del siglo XX. Si los científicos pueden desenterrar algunos de estos registros sísmicos históricos e identificar ciclones pasados, los resultados de Gaultieri muestran que deberían ser capaces de calcular qué tan fuertes eran los ciclones tropicales mientras se desarrollaban a través de los océanos. El enfoque podría agregar décadas de datos de intensidad de tormentas al registro histórico.

En la actualidad, Gualtieri está trabajando para perfeccionar la técnica de su equipo y aplicarla a otras cuencas oceánicas de todo el mundo. Un paso clave será encontrar una forma sistemática de detectar ciclones pasados ??en el registro sísmico.

En general, saben que la amplitud de la firma de un ciclón hace que se destaque del ruido sísmico ambiental, pero necesitarán señalar características únicas si quieren aprovechar los registros sísmicos históricos para detectar ciclones tropicales desconocidos.

Mientras tanto, los investigadores pueden aprovechar otras formas de registros históricos, como los periódicos antiguos, para ubicar los ciclones del pasado en el registro sísmico. Si funciona, los datos de ruido sísmico podrían no solo mejorar la comprensión histórica de los ciclones tropicales, sino también mejorarlos y hacer mejores predicciones en el futuro.

El programa The Climate Program Office’s Modeling, Analysis, Predictions and Projections proporcionó fondos para esta investigación.

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