Imágenes sísmicas a bordo del R/V Marcus G. Langseth – El estado del planeta

Realizando ciencia en el mar

Un buque de investigación (R/V) es un buque especialmente diseñado y equipado para realizar investigaciones científicas en el mar. Los buques de investigación están equipados con laboratorios, equipos científicos y tecnología para respaldar una amplia gama de estudios oceanográficos, incluida la oceanografía biológica, química, geológica y física. Los buques de investigación marina son esenciales para recopilar datos sobre el medio marino, realizar experimentos y utilizar instrumentos para la observación submarina y la toma de muestras.

Interactivo: Esquemas de R/V Marcus G. Langseth

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El R/V Marcus G. Langseth, que lleva el nombre de un destacado geofísico, es un buque de investigación operado por el Observatorio Terrestre Lamont-Doherty. El Langseth está equipado con tecnología avanzada de prospección sísmica para estudiar la superficie de la Tierra debajo de los océanos y es capaz de producir imágenes de alta resolución de estructuras geológicas en las profundidades de la corteza terrestre, que son esenciales para comprender los procesos tectónicos y la geología marina.

«Las imágenes marinas sísmicas nos permiten estudiar debajo del fondo del mar, utilizando tecnología similar a las ecografías y los rayos X», dice la investigadora y profesora de Lamont Suzanne M. Carbotte. «Así como las herramientas médicas son vitales para el diagnóstico de lo que sucede dentro del cuerpo humano, las imágenes sísmicas son esenciales para comprender los procesos que ocurren en la Tierra. Funciona como nuestra ‘ventana’ a la corteza terrestre, la capa exterior que sostiene y sostiene todas las formas de vida”.

El Langseth se utiliza en expediciones científicas en todo el mundo, aportando datos valiosos a nuestra comprensión de los procesos dinámicos de la Tierra.

Una breve historia de las imágenes sísmicas

Los humanos de todo el mundo han creado mapas de la superficie de la Tierra desde la antigüedad. Pero cartografiar la Tierra en las profundidades de su superficie, es decir, obtener imágenes geofísicas, no fue posible hasta el desarrollo de la sismología moderna a finales del siglo XIX.^th un siglo. La sismología es el estudio científico de los terremotos y la generación y propagación de ondas sísmicas (vibraciones) a través de la Tierra u otros cuerpos planetarios. Las ondas sísmicas viajan a diferentes velocidades y trayectorias a través de diferentes materiales, revelando la existencia de distintas capas. Al observar cómo las ondas sísmicas generadas por los terremotos viajaban por el planeta, a principios del siglo XX^thLos científicos del siglo XIX pudieron desarrollar un modelo básico de la estructura interna de la Tierra.

A medida que las técnicas y tecnologías sísmicas continuaron avanzando, la gente comenzó a utilizar ondas sísmicas generadas por humanos (a menudo a partir de explosiones controladas) para mapear la geología de la corteza terrestre hasta unos pocos kilómetros de profundidad. Al medir las propiedades de estas ondas sísmicas, como el tiempo que tardan en regresar a la superficie, la sismología de reflexión podría producir mapas precisos de la geología del subsuelo y resultó especialmente útil para localizar yacimientos de petróleo y gas.

¿Por qué planificar el fondo marino?

Aunque los océanos cubren más del 70% de la superficie de la Tierra, sólo se ha cartografiado en detalle alrededor del 25% del fondo marino. Las imágenes geofísicas del mar permiten a los científicos estudiar los procesos geológicos que dan forma al fondo del océano y a nuestro planeta, incluida la tectónica de placas, la deposición de sedimentos y el vulcanismo subterráneo: el mar.

Las imágenes sísmicas, especialmente cuando se combinan con datos de muestras de núcleos y pozos, proporcionan una poderosa herramienta para mapear fallas submarinas y mejorar nuestra comprensión de las zonas de subducción. Estas áreas, donde una placa tectónica se desliza debajo de otra, son áreas de alta actividad sísmica que pueden producir grandes terremotos y tsunamis devastadores. Al estudiar la arquitectura y las propiedades físicas de estas áreas, los científicos obtienen información sobre las causas de estos dramáticos peligros geográficos, lo que permite mejores evaluaciones de su potencial.

Las imágenes geofísicas también se utilizan para estudiar cambios pasados ​​en el nivel del mar mediante la captura de imágenes detalladas de las capas de sedimentos debajo del fondo del mar. El análisis de la composición, estructura y estratificación de estos sedimentos ayuda a los científicos a comprender cómo los niveles del mar han variado a lo largo del tiempo debido a cambios climáticos y procesos tectónicos, y ofrece información sobre el posible aumento futuro del nivel del mar y sus impactos. Las imágenes sísmicas también son esenciales para investigar la corteza oceánica, que forma la mayor parte de la superficie sólida de la Tierra. Esta corteza se genera constantemente en medio del océano y se recicla en zonas de subducción, procesos que impulsan la tectónica de placas y dan forma al manto y la corteza de la Tierra a lo largo del tiempo geológico.

Otra aplicación importante de las imágenes sísmicas marinas es el estudio del vulcanismo submarino. Permite a los científicos mapear los sistemas de «conductos» de magma debajo del fondo del mar y vincula las características de los depósitos de magma profundos con las erupciones volcánicas. Comprender estas conexiones ayuda a explicar por qué algunas regiones experimentan actividad volcánica frecuente mientras que otras permanecen inactivas. Las cadenas volcánicas submarinas también albergan fuentes hidrotermales, donde fluidos ricos en minerales, calentados por la actividad volcánica, escapan del fondo del mar. Estos respiraderos albergan ecosistemas únicos y pueden contener pistas sobre los orígenes de la vida en la Tierra.

Al igual que en tierra, las imágenes geofísicas también son vitales para la exploración de recursos en el mar. Algunas zonas del fondo marino contienen minerales de valor comercial como cobre, níquel y cobalto. Aunque sigue siendo una idea nueva y controvertida, la perforación en aguas profundas algún día podría proporcionar materia prima para automóviles eléctricos y otras aplicaciones industriales.

Imágenes sísmicas marinas a bordo del R/V Langseth

Las imágenes sísmicas marinas utilizan ondas sísmicas para crear imágenes detalladas en 2D y 3D de la geología del subsuelo debajo del océano.

Durante el estudio, el Langseth remolca hasta 40 pistolas de aire comprimido que liberan aire comprimido al agua, generando potentes ondas sonoras (o sísmicas). Estos cañones de aire comprimido están «sintonizados» para producir una señal sísmica más eficaz y coherente, lo que mejora la calidad de las imágenes del subsuelo. Las imágenes geofísicas de aguas profundas utilizan frecuencias de sonido bajas que tienen longitudes de onda más largas que les permiten viajar mayores distancias a través de la columna de agua y capas geológicas con menos atenuación (pérdida de energía). En algunos casos, estas ondas sonoras pueden alcanzar una profundidad de hasta 20 a 30 kilómetros (12 a 18 millas), lo que permite la investigación de la corteza profunda y el manto superior de la Tierra. A medida que las ondas sonoras viajan a través de diferentes capas del subsuelo de la Tierra, se reflejan de regreso a la superficie en función de la densidad y composición de las formaciones geológicas que encuentran.

También se arrastran detrás del Langseth conjuntos de hidrófonos (micrófonos submarinos sensibles) mediante cables de hasta 15 kilómetros de largo llamados «serpentinas». Estos hidrófonos capturan el tiempo que tardan las ondas sonoras en regresar junto con su intensidad. Finalmente, las grandes cantidades de datos sísmicos recopilados son procesadas por computadoras utilizando algoritmos sofisticados para crear imágenes detalladas del lecho marino y las estructuras del subsuelo.

Estudios sísmicos y animales marinos

Algunos estudios han descubierto que los estudios sísmicos pueden afectar potencialmente a los animales marinos, en particular a aquellos que dependen en gran medida del sonido para comunicarse, navegar y cazar, como las ballenas, los delfines y ciertas especies de peces.

Para minimizar la alteración de la vida marina, cada proyecto sísmico realizado por Langseth pasa por un extenso proceso de revisión, y Lamont debe presentar evaluaciones ambientales al Servicio Nacional de Pesquerías Marinas de la NOAA para una evaluación del impacto ambiental potencial del proyecto. Una vez que se ha aprobado un proyecto, Langseth normalmente emplea cinco observadores de especies protegidas (PSO) calificados en cada expedición sísmica que emprende. Los PSO monitorean activamente el área de estudio tanto visual como acústicamente, y la fuente sísmica se apaga si se determina que un mamífero marino se encuentra dentro de un perímetro predefinido y permitido de la embarcación. También se puede utilizar una técnica de «arranque suave» para aumentar gradualmente los niveles de ruido, dando tiempo a los animales para alejarse de la fuente de sonido, y se pueden programar los estudios para evitar períodos sensibles para los animales marinos (por ejemplo, temporadas de reproducción o migración). Dichos esfuerzos tienen como objetivo proteger la vida marina y al mismo tiempo equilibrar la necesidad de datos geológicos valiosos.

El impacto de los estudios sísmicos en los animales marinos sigue siendo un área de investigación activa, y tanto científicos como ambientalistas abogan por estudios más profundos.

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