Los cambios minúsculos en la superficie de la Tierra podrían preceder grandes perturbaciones, como el terremoto de Ridgecrest de 2019 que dejó esta fractura en el desierto de Mojave en California. Científicos de la NASA están investigando datos sobre los signos vitales de la Tierra en busca de patrones de movimiento que podrían anunciar un evento importante.
Crédito: USGS/Ben Brooks
Se arrastran, se levantan, caen, se deslizan… Algunas partes de la Tierra están en perpetuo movimiento. Los movimientos suelen ser demasiado minúsculos como para que los sentidos humanos puedan percibirlos, pero ofrecen pistas sobre cambios más significativos que ocurren en el interior de los volcanes, a lo largo de las líneas de fallas y en los lugares donde las placas tectónicas se juntan y chocan. Es por eso que científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) de la NASA en el sur de California están utilizando herramientas avanzadas y formas creativas de analizar sus datos para encontrar y monitorear las superficies en movimiento de la Tierra. Estos son algunos descubrimientos recientes que han hecho.
Montañas que se mueven
En el pasado, los geólogos tenían que ir al campo una y otra vez para recopilar datos sobre los movimientos de Tierra, utilizando tecnologías como GPS y trazando cada nueva medición en mapas topográficos. En la década de 1990, científicos de JPL y de otros centros de investigación desarrollaron una nueva técnica de procesamiento de datos que les permitía obtener imágenes muy precisas utilizando un radar lo suficientemente pequeño como para montarlo en un avión o satélite.
Durante décadas, los investigadores de la NASA han estado utilizando los datos atmosféricos de InSAR para estudiar una gran diversidad de peligros en California: no solo fallas geológicas, sino también el uso excesivo de aguas subterráneas, e incluso derrames de petróleo. Aquí, la científica de JLP Cathleen Jones, a la derecha, explica los datos entrantes a la piloto de la NASA Elizabeth Ruth durante un vuelo de investigación en 2021.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
A medida que estos nuevos datos comenzaron a acumularse, “fue como si estuviéramos viendo que los mapas cobraban vida”, dijo Paul Lundgren, jefe del grupo de Superficie e Interior de la Tierra de JPL. En algunos casos, dijo, “se podía entender casi intuitivamente el tipo de mecanismo que estaba causando una erupción volcánica”.
Las agencias espaciales de todo el mundo comenzaron a lanzar instrumentos satelitales utilizando la nueva tecnología —llamada radar interferométrico de apertura sintética (InSAR, por sus siglas en inglés)— y los descubrimientos con esta nueva forma de observar el planeta fueron inevitables. Uno de estos hallazgos ocurrió en 2018, cuando las autoridades chilenas le pidieron al grupo de Lundgren que determinara si un volcán llamado Nevados de Chillán podría estar a punto de entrar en erupción. Al estudiar las imágenes de InSAR de todo un año, Lundgren no vio cambios en el pico chileno. Pero sí notó que otro volcán argentino llamado Domuyo se estaba inflando rápidamente, lo que era señal de una posible erupción.
Revisando datos anteriores, Lundgren y Társilo Girona (becario postdoctoral en JPL en ese momento y quien ahora está en la Universidad de Alaska en Fairbanks) encontraron que el Domuyo en realidad se había desinflado entre 2008 y 2011. Comenzó a inflarse a mediados de 2014, elevándose unos 50 centímetros (20 pulgadas) para el momento en que Lundgren lo observó. El Domuyo alcanzó su punto máximo en 2020 y ahora se está desinflando nuevamente sin haber entrado en erupción.
Después de realizar análisis adicionales de los datos de la temperatura de la superficie terrestre adquiridos con los instrumentos del Espectroradiómetro de imágenes de resolución moderada de la NASA, Lundgren y Girona concluyeron que mientras que el magma ascendente hace que el Domuyo se infle, los gases del magma pueden disiparse a través de la roca, reduciendo la presión dentro de la montaña. El gas que escapa ocasionalmente produce una pequeña explosión en las laderas, pero el volcán finalmente se desinfla sin que la presión se convierta en una gran explosión.
En estas imágenes del volcán argentino Domuyo tomadas con el radar interferométrico de apertura sintética, cada cambio de color se correlaciona con un cambio de unos 10 centímetros (4 pulgadas) de altura. La imagen de color sólido, a la izquierda, muestra que la altura del Domuyo se mantuvo estable entre 2013 y 2014; la imagen multicolor muestra un rápido inflamiento entre 2015 y 2019.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
“El Domuyo no ha entrado en erupción en los últimos 100.000 años, por lo que este comportamiento probablemente ha estado ocurriendo a lo largo del tiempo”, dijo Lundgren. “De todos modos, tenemos que seguir observándolo”.
Los científicos están buscando los datos satelitales de InSAR para otros volcanes en todo el mundo que se elevan y bajan episódicamente. “Podría haber un comportamiento que, si pudiéramos entenderlo, nos permitiría predecir cuándo algo va a entrar en erupción”, dijo Lundgren.
Fallas pegajosas
Los terremotos ocurren en lugares donde dos lados de una línea de falla se han quedado pegados o atascados. A medida que las placas tectónicas debajo de la falla continúan desplazándose, se acumula tensión en el área bloqueada hasta que la falla se rompe.
Sin embargo, no todas las fallas están bloqueadas. Tomemos por ejemplo la falla de Hayward, considerada como una de las dos fallas más peligrosas de California. Con una extensión de 120 kilómetros (75 millas) a lo largo del lado este de la bahía de San Francisco, bajo un suelo densamente poblado, la falla ya ha superado su promedio de 150 años entre terremotos.
“La falla de Hayward es inusual”, dijo Eric Fielding, científico de JPL. “Partes de la falla se deslizan continuamente, en un movimiento que llamamos fluencia de la falla”. Las fallas con fluencia son menos propensas a producir grandes terremotos porque el movimiento alivia gran parte de la tensión. Con los datos recopilados tras decenas de vuelos realizados por la NASA desde 2009 para obtener mediciones aéreas de InSAR, Fielding y sus colegas están cartografiando los lugares donde la falla de Hayward se está deslizando para comprender mejor cuánto de ella es probable que se deslice en el próximo gran terremoto. Dicha información podría ayudar a los planificadores a prepararse mejor.
Zhen Liu, de JPL, está utilizando los datos de InSAR, las mediciones de GPS y modelos numéricos para estudiar un tipo diferente de movimiento en el noroeste del Pacífico, propenso a los terremotos, donde la placa tectónica de Juan de Fuca se está sumergiendo mar adentro debajo de la placa de Norteamérica. La pequeña placa de Juan de Fuca atrapa el suelo que está sobre ella y arrastra la costa hacia el este durante unos 14 meses seguidos. Con el tiempo, la tensión se vuelve demasiado grande y, durante dos semanas, el suelo se desliza lentamente de regreso hacia el oeste.
También se han observado eventos de deslizamiento lento como este que se repiten regularmente en Nueva Zelanda y en otros lugares. Cuando estos patrones cambian, señaló Liu, “existe cada vez más evidencia de que los eventos de deslizamiento lento pudieran ser precursores de grandes terremotos”. En un estudio reciente con Yingdi Luo, del Instituto Tecnológico de California (Caltech), Liu sugirió que el ciclo de 14 meses en el noroeste podría acelerarse antes del próximo gran terremoto.
Fielding y Liu esperan el lanzamiento en 2024 de la misión Radar de Apertura Sintética (NISAR, por sus siglas en inglés) de la NASA y la Organización de Investigación Espacial de la India, la cual entregará una valiosa colección de nuevos datos de InSAR. NISAR observará todos los lugares de la Tierra cada 12 días —ofreciendo una mejor cobertura que los satélites existentes—, lo que aumentaría las posibilidades de detectar movimientos inusuales de los suelos y de mejorar las capacidades de detección temprana.
El levantamiento canadiense
Reducir los riesgos de peligros naturales no es el único motivo para estudiar el movimiento de la superficie de la Tierra. Los científicos también quieren comprender cómo los procesos naturales interactúan con el cambio climático inducido por los seres humanos.
Un ejemplo de esto es cómo el plegamiento y estiramiento de la placa tectónica de Norteamérica afecta los niveles del mar desde Florida hasta el Ártico. Durante la última Edad de Hielo, se acumularon capas de hielo de varios kilómetros de espesor en la mitad norte de la placa tectónica de Norteamérica, aplastándola hacia el manto que está debajo (entre 50 y 80 kilómetros, o de 30 a 50 millas, de profundidad). La superficie del Canadá actual se hundió a medida que el material del manto brotaba por debajo del peso adicional, y gran parte de lo que ahora es Estados Unidos se elevó, levantándose a medida que ese material desplazado fluía hacia el interior.
Aunque ha pasado 8.000 años desde que se derritieron las capas de hielo, el manto debajo de Norteamérica todavía se están recuperando de la presión. El material del manto que regresa ha estado levantando la masa terrestre canadiense por encima del océano, a una altura suficiente como para superar el aumento global del nivel del mar. Pero el flujo del material del manto hacia el norte ha ocasionado el hundimiento de las costas este y sur de Estados Unidos, agravando los riesgos del aumento del nivel del mar que ha acompañado el cambio climático global.
Para entender el curso del futuro aumento del nivel del mar, necesitamos saber más sobre este proceso natural: ¿Cuanto tiempo continuará? ¿Cuánto más se moverá el rebote del manto? Los científicos están desarrollando modelos informáticos de los procesos de la Tierra sólida para ayudar a responder estas preguntas. Recientemente, el científico Donald Argus, de JPL, ha estado utilizando datos de los satélites del Experimento de Recuperación Gravitatoria y Clima (GRACE, por sus siglas en inglés) de la NASA y el gobierno alemán, y de mediciones de GPS y del nivel del mar para comenzar a evaluar la adherencia (viscosidad) del manto, lo que afecta la tasa de recuperación de la superficie. “Dependemos de GRACE para las estimaciones de la pérdida de nieve y hielo para comprender el aumento del nivel del mar, pero hay que obtener el modelo correcto”, dijo Argus.