Purdue investiga terremotos desde el cielo con nueva tecnología QUAKES-I

WEST LAFAYETTE, Indiana — A veces, para estudiar algo verdaderamente de cerca, es necesario dar un paso atrás.

Eso es precisamente lo que hace Andrea Donnellan.

Experta en ciencias de la Tierra y sismología, obtiene gran parte de sus datos desde una perspectiva privilegiada, estudiando la superficie del planeta desde el aire y el espacio, utilizando esta información para realizar descubrimientos y profundizar en la comprensión de los terremotos y otros procesos geológicos.

“La historia de los procesos terrestres está escrita en los paisajes”, afirma Donnellan. “Estudiar la superficie de la Tierra puede ayudarnos a comprender lo que está sucediendo ahora y lo que podría suceder en el futuro.”

Donnellan, profesora y jefa del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias en el College of Science de Purdue, ha observado la Tierra durante mucho tiempo. Su investigación original se centró en el estudio y seguimiento de los glaciares en la Antártida.

“Cuando comencé a trabajar en la Antártida como estudiante de pregrado, se podía medir el movimiento en metros”, explica Donnellan. “Ahora, gracias al GPS, podemos medir los movimientos en milímetros. Ya sea en glaciares o en placas tectónicas, me gustan las mediciones precisas y observar los movimientos para comprender la física subyacente.”

Verificación de campo

Cuando se busca un objeto perdido, como un pendiente o una lentilla, a veces se mira de cerca la alfombra para encontrarlo. Pero otras veces, uno se levanta y cambia su perspectiva para ver si los cambios en la luz y la sombra pueden ayudar a localizarlo.

Gran parte de la investigación de Donnellan funciona de la misma manera. En su último trabajo, ella y su equipo lanzaron un nuevo instrumento que recopila datos topográficos desde un avión que vuela a 14.000 metros de altura. El instrumento, apropiadamente denominado QUAKES-I, por Quantifying Uncertainty and Kinematics of Earth Systems Imager, crea mapas tridimensionales de color de alta resolución utilizando ocho cámaras montadas en la parte inferior de un avión Gulfstream V. Discuten el instrumento en Earth and Space Science.

“A medida que nos alejamos del espacio, tenemos menos visibilidad del terreno, por lo que podemos estudiar áreas cada vez más pequeñas”, explica Donnellan. “Con este avión, obtuvimos una franja de 12 kilómetros de ancho que dividimos en secciones de 10 por 12 kilómetros. Pero se intercambia resolución y altura por cobertura, razón por la cual los satélites, los aviones y los drones tienen su lugar en la investigación de mapeo del terreno.”

El instrumento QUAKES-I ayudará a los investigadores que estudian terremotos, volcanes, incendios forestales, erosión y glaciares, así como ecosistemas, infraestructura y vegetación. Ofrece una mayor resolución que muchos satélites, así como la capacidad de desplegarse rápidamente y recopilar una gran cantidad de datos específicos.

Estos mapas pueden proporcionar contexto para las observaciones de radar, y el componente de color ofrece un nuevo contexto para el mismo terreno cuando se mapea mediante lidar. La franja es más ancha que las observaciones de lidar, por lo que ambos son mediciones complementarias.

QUAKES‐I es un componente aéreo del programa de incubación Surface Topography and Vegetation de la NASA, una constelación de instrumentos aéreos y espaciales de radar, lidar e imágenes estereoscópicas en desarrollo para mapear la superficie dinámica de la Tierra. El uso de una combinación de los tres métodos de mapeo ofrece a los investigadores el mapa digital del terreno más claro y de mayor resolución del planeta.

El instrumento se puede acoplar a una variedad de otros aviones en tándem con otros instrumentos. El avión fue pilotado por un piloto de la NASA, aunque la propia Donnellan vuela drones para obtener observaciones de mayor resolución.

Alerta temprana de terremotos

Cada vez más, los meteorólogos son capaces de predecir mejor fenómenos meteorológicos intensos, como huracanes, tornados, granizo y tormentas severas. Pero comprender si va a ocurrir un terremoto es un misterio.

Algunos terremotos ocurren a lo largo de grandes fallas importantes, como la famosa falla de San Andrés en California. Pero otros terremotos son más difíciles de rastrear e incluso más difíciles de predecir. Donnellan está tratando de cambiar esto estudiando y midiendo la posición y la tensión en las fallas tectónicas, así como en los paisajes geológicos circundantes.

“¿Cómo afectan las diferentes circunstancias de la corteza terrestre a la probabilidad de un terremoto?”, pregunta Donnellan. “¿Cuando ocurre un terremoto importante, aumenta o disminuye la probabilidad de que ocurra uno cerca?”

La mayoría de la población humana de los Estados Unidos, y de hecho la mayoría de los humanos en la Tierra, vive en lugares donde podrían verse afectados por un terremoto devastador. California y Alaska pueden ser famosos por ellos, pero en 2024, 38 estados experimentaron terremotos. Indiana fue uno de los estados que no tuvo un terremoto en 2024.

Ser capaz de predecir dónde podrían ocurrir los terremotos, así como su gravedad, permite a las personas planificar, construir infraestructura de manera adecuada y estar física y mentalmente preparadas para un evento tan estremecedor.

“No todo el movimiento sísmico es dañino”, explica Donnellan. “Alguno, el movimiento silencioso, no es dañino en absoluto. Estamos trabajando para obtener información sobre cómo juzgar cuánta energía de un terremoto realmente sacude la superficie y cuánta se destina a ese movimiento silencioso.”

Responder a esta pregunta puede mejorar la evaluación del peligro sísmico con el objetivo de proporcionar mejor información para salvar vidas, proteger la propiedad y garantizar un futuro más estable.

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