R+D CSIC és una publicació electrònica de la Oficina de Transferència de Tecnologia (OTT) per donar a conèixer la investigació dels centres del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC). Està elaborada per la Unitat de Comunicació i Transferència de Tecnologia, Delegació del CSIC a Catalunya.

© CSIC. La informació escrita continguda en aquestes planes pot ser reproduïda citant la font.

 

HORITZONS. Paisatges futurs de la recerca
Soroll sísmic. Un recurs per estudiar la Terra en profunditat

1 de febrer de 2010

Els fenòmens que es produeixen a les profunditats de la Terra tenen gran rellevància per avaluar correctament els riscos geològics. Els investigadors de l’Institut de Ciències de la Terra “Jaume Almera” (CSIC) aprofiten el soroll sísmic de fons procedent de l’activitat humana o les onades de l’oceà per tenir un coneixement més exacte de la geologia profunda de la península Ibèrica..

  

Imatge del primer desplegament de la xarxa IberArray.

Variacions en la banda microsísmica relacionades amb l'onatge del mar

A dalt: Imatge del primer desplegament de la xarxa IberArray. A baix: Variacionsen la banda microsísmica relacionades amb l'onatge del mar.

 

Enllaços externs:

Institut de Ciències de la Terra Jaume Almera (CSIC)

Departament d'Estructura i Dinàmica de la Terra

Projecte TopoIberia

Escolta la veu de Jordi Díaz a Veus científiques

 

 

 

 

 

 

 


Avui en dia, es coneix prou bé la superfície de la Terra però no el seu interior, que encara es resisteix a ser explorat. Viatjar al centre de la Terra continua essent territori exclusiu de la imaginació. Malgrat això, en els darrers anys, les ciències geològiques han dedicat esforços considerables a explorar el territori més inaccessible del planeta. En aquest context, el projecte TopoIberia, un projecte molt ambiciós a nivell estatal en el qual participa el CSIC, ha creat una xarxa d’estacions sísmiques amb l’objectiu de confeccionar mapes acurats de l’estructura de l’interior de la Terra i millorar la comprensió dels fenòmens que hi succeeixen. Un dels aspectes que analitzen els investigadors de l’Institut de Ciències de la Terra “Jaume Almera” (CSIC) és el soroll sísmic ambiental que genera l’activitat humana (trànsit, maquinària) o les onades de l’oceà. L’estudi de les variacions d’aquesta remor de fons permet millorar els models geològics existents.

“Els processos geològics profunds ajuden a predir els riscos geològics o la disponibilitat de recursos"

 

Explorar l'interior de la Terra

Conèixer les entranyes del nostre planeta pot ser un somni de la ficció o una tasca de la recerca. Ara bé, la realitat és que les possibilitats d’accedir directament a l’interior de la Terra són limitades. Els projectes més agosarats de perforació geològica han pogut arribar a uns dotze quilòmetres de profunditat; i amb algunes millores tècniques potser es podrien assolir alguns quilòmetres més. Però, malauradament, continuaria sent una punxada de tipus superficial, que no penetra ni l’1% de l’estructura interna de la Terra.


Per aquest motiu, les disciplines que investiguen en el camp de les ciències de la Terra han hagut de desenvolupar altres maneres de conèixer la seva estructura i dinàmica. Han aprofitat, per exemple, les propietats físiques i geològiques de la Terra, com ara el magnetisme, la gravetat o les ones sísmiques i, depenent de com responen i transmeten els senyals en diferents punts, deduir-ne l’estructura dels materials que es troben a grans profunditats. Una de les eines més útils és l’anàlisi de la propagació de les ones sísmiques generades per terratrèmols a distàncies local, regional i global. En alguns casos resulta convenient generar “terratrèmols artificials”, és a dir, explosions controlades per poder investigar més en detall l’estructura regional. En els darrers anys ha pres molta volada per investigar les propietats de la Terra la utilització del soroll sísmic de fons, que no és altra cosa que la remor de fons que s’enregistra normalment en els períodes sense terratrèmols.

Gràcies a un ampli conjunt de tècniques, actives o passives, es pot arribar molt lluny en profunditat. Aquest coneixement, a més, està resultant molt valuós ja que, sobretot darrerament, s’ha vist que els processos geològics profunds tenen una influència important a nivell de la litosfera i el mantell terrestre i, per tant, són elements a tenir en compte per predir les variacions climàtiques, els riscos geològics o la disponibilitat de recursos naturals. En aquest context, fa uns anys que s’han posat en marxa diverses iniciatives internacionals (Earthscope, TopoEurope) que pretenen confeccionar mapes i bases de dades acurades de la geologia interna global del planeta, que permetin resoldre els interrogants actualment existents mitjançant noves estratègies de col·laboració. A nivell estatal, s’està realitzant una iniciativa similar amb el projecte TopoIberia liderada científicament pel professor d’investigació del CSIC Josep Gallart i en el qual participen també altres investigadors de l’Institut de Ciències de la Terra “Jaume Almera” (CSIC).

Geociències a Ibèria

El projecte TopoIberia es va concebre amb la idea que el microcontinent Ibèric és un laboratori natural ideal per realitzar recerca innovadora i multidisciplinar i, doncs, un context idoni on es podien reunir les institucions més destacades en el camp de les ciències de la Terra. El projecte es va iniciar l’any 2006 i recentment ha renovat la seva condició de projecte Consolider, del programa Ingenio 2010, que el Ministeri de Ciència i Innovació otorga per a promoure l’excel·lència científica. Hi participen un centenar d’investigadors procedents de deu institucions de reconegut prestigi en aquest camp.


La finalitat de Topo-Iberia és comprendre la interacció entre processos profunds, superficials i atmosfèrics, integrant investigacions en geologia, geofísica, geodèsia i geo-tecnologia. Uns dels principals objectius és el d’incrementar la informació geològica disponible amb el desplegament sobre el terreny d'una plataforma IberArray d'observació tecnològica, multiinstrumental i de gran resolució. Es tracta d’una xarxa de petits laboratoris portàtils que permeten registrar diversos tipus de dades, com ara les ones sísmiques, posicions geogràfiques d’alta precisió utilitzant el GPS o el camp magnetotelúric. Amb l’integració d’aquestes diverses dades es pretén comprendre millor la relació entre el relleu geogràfic i l’estructura profunda de la terra.

"La finalitat de Topo-Iberia és comprendre la interacció entre processos profunds, superficials i atmosfèrics a la Península Ibèrica"

 

Pel que fa a la sísmica, la xarxa està formada per unes 80 estacions de registre i s’ha desplegat en una quadrícula de 60x60 quilòmetres. Els registres sísmics s’analitzen utilitzant diferents metodologies encaminades a finalitats diferents. Un dels principals objectius és augmentar la precisió de la localització de la sismicitat regional, tenint en compte l’anàlisi de la forma de les ones i altres tècniques avançades. Un dels primers aspectes que calia analitzar, i que han realitzat els investigadors del grup de recerca Estructura i dinàmica de la Terra de l’Institut de Ciències de la Terra Jaume Almera (CSIC), és el nivell de soroll de fons en els registres de cada estació, que pot arribar a distorsionar les imatges que s’han de construir de la geologia profunda de la Península ibèrica.

El soroll de fons

Les estacions d’IberArray reben nombrosa informació a partir de les ones sísmiques. Malgrat que la seva sensibilitat permet registrar les ones generades per terratrèmols localitzats a qualsevol part del món, durant la major part del temps el que s’enregistra és l’anomenat soroll sísmic ambiental. Aquest soroll de fons està provocat fonamentalment, d’una banda, per l’activitat humana propera a l’estació de registre i, de l’altra, per l’onatge de l’oceà. El nivell d’aquest soroll de fons varia sensiblement en funció de la geologia de la zona de registre. Així per exemple el soroll és sempre més alt en les conques sedimentàries com ara la vall del Guadalquivir.


La recerca sobre les propietats del soroll sísmic de fons que ha encapçalat l’investigador del CSIC Jordi Díaz s’ha centrat en l’anàlisi de 55 estacions del sud de la placa d’Ibèria i el nord del Marroc i ha permès quantificar el nivell en cadascuna de les estacions, a la vegada que n’ha determinat les variacions diürnes, estacionals o meteorològiques. Aquesta informació és rellevant perquè permet controlar la qualitat dels registres i tenir-ho present en l’elaboració dels models finals. Però l’estudi del soroll sísmic no només permet servir de control de les estacions sinó que permet obtenir informació del seu origen i de l’estructura interna de la Terra. Així, utilitzant tècniques sofisticades basades en l’anàlisi de la polarització del senyal es pot determinar amb precisió on es troba la font de soroll sísmic enregistrat i, d’aquesta manera, caracteritzar la posició de les grans tempestes oceàniques. En aquesta línia, les investigacions que realitza Martin Schimmel a l’Institut de Ciències de la Terra Jaume Almera aporten noves dades sobre el nivell d’activitat de les tempestes i, per tant, de la variabilitat climàtica.


Finalment, comparant el registre del soroll sísmic a diverses estacions d’una xarxa i aplicant tècniques de modelització tomogràfica és possible determinar de forma detallada, de manera similar a les tomografies que ens fan als hospitals, l’estructura sísmica dels nivells superiors de l’escorça. Aquesta recerca, liderada per l’investigador Antonio Villaseñor, també del Jaume Almera, s’ha aplicat ja a la Península Ibèrica utilitzant dades d’estacions permanents. La possibilitat d’afegir les dades de la xarxa IberArray millorarà notablement la precisió dels models obtinguts.
Amb aquests estudis sobre el soroll sísmic ambiental, el projecte TopoIberia camina amb bon pas cap a la seva meta de confeccionar bases de dades acurades de la geologia interna del continent ibèric.

Laura Valls.
Unitat de comunicació científica.
Delegació del CSIC a Catalunya

PERFIL DEL GRUP
  
Equip del Departament d'Estructura i Dinàmica de la Terra de l'Institut de Ciències de la Terra Jaume Almera (CSIC).D'esquerra a dreta, Josep Gallart, Jordi Diaz, Mario Ruiz, Antonio Villaseñor, Martin Schimmel i Esteve Serra

Jordi Diaz
Jordi Díaz és investigador científic del CSIC a l’Institut de Ciències de la Terra Jaume Almera i la seva recerca s'ha centrat en l'ús de tècniques de sísmica activa i passiva per l'estudi de la estructura i dinàmica litosfèrica.

Martin Schimmel
Martin Schimmel és científic titular del CSIC a l’Institut de Ciències de la Terra Jaume Almera i la seva recerca s’ha centrat en el desenvolupament de mètodes per la detecció i identificació de senyals febles i en el seu ús per investigar l’estructura terrestre.

Antonio Villaseñor
Antonio Villaseñor és científic titular del CSIC a l’Institut de Ciències de la Terra Jaume Almera. Els seus principals interessos científics son l’estudi de la sismicitat instrumental a escala global y la tomografia sísmica a partir d’ones de volum, de superfície o del soroll sísmic.

Josep Gallart
Josep Gallart és Professor d’Investigació a l’Institut de Ciències de la Terra Jaume Almera. Té una ampla experiencia en el camp de la sismologia experimental i actualmet és el investigador principal del projecte TopoIberia.

Altres membres de l’equip:
En Mario Ruiz, la Beatriz Gaite i en Esteve Serra formen una part important del grup de recerca, realitzant tasques d’adquisició i processat de les dades de camp  i de manteniment de la base de dades.

Escolta la veu d'e Jordi Díazí a Veus científiques