Ciencias de la Tierra: las microondas no sólo sirven para cocinar

Vivimos rodeados de energía electromagnética. La energía proveniente del sol, que percibimos con nuestros ojos como luz, consiste en energía electromagnética en forma de ondas. Las ondas tienen una particularidad: las podemos estudiar en el espacio, por medio de su longitud de onda o, en el tiempo, por medio de su frecuencia. Los colores que vemos son ondas electromagnéticas muy cortas, entre 400 (violeta) a 700 (rojo) nanómetros, que es entre 3 y 6 veces el tamaño del Sars-Cov-2. Cuando su longitud de onda está por debajo o por encima de ese rango, no son visibles, pero sí tienen su efecto. Por debajo tenemos los rayos gamma, usados para esterilizar alimentos; los rayos X, para radiografías y la radiación ultravioleta, de la que nos protegemos cuando vamos a la playa. Por encima tenemos el infrarrojo, para manejar el televisor a distancia; las microondas, para cocinar los alimentos, y las ondas de radio, para comunicaciones. Las microondas son las que nos interesan en este artículo. Su longitud de onda está entre un centímetro y un metro. Éllas son las que se usan, además de para cocinar y comunicarnos por celular, para adquirir imágenes de la Tierra por medio de los Radares de Apertura Sintética.

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Los satélites de la misión Saocom, de Conae, lanzados en 2018 y 2020, llevan a bordo sendos radares de apertura sintética. En esta nota hablaremos de una de las aplicaciones de las imágenes que se obtienen con estos sensores. Concretamente, la aplicación que permite medir desplazamientos de la corteza terrestre como los que se producen cuando ocurre un terremoto, o una erupción volcánica. Estos desplazamientos pueden ser tan pequeños como un centímetro, pero aún así es posible medirlos.

¿Cómo se logra?

El satélite se mueve en una órbita alrededor de la Tierra, a unos 620 kilómetros de altura. Cuando se acerca a la región de la que se quiere tomar una imagen, el instrumento se enciende y envía un paquete de microondas hacia la misma. La señal viaja desde el satélite hasta cada punto del terreno, interactúa con el suelo o con lo que haya encima –árboles, edificaciones- y parte de la misma vuelve hacia el instrumento y es registrada a bordo o transmitida a una estación receptora en tierra, como la que tiene la Conae en Córdoba. Con toda esa información se construye la imagen de radar.

Tiempo después, que pueden ser días, meses o años, el satélite vuelve a aproximarse a la misma región y toma una segunda imagen mediante un proceso idéntico al descripto. Si en el lapso transcurrido entre las dos tomas se produjo un desplazamiento en bloque de la superficie del terreno, hay un cambio en la distancia recorrida por la señal.

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Por ejemplo: se toma la primera imagen hoy, dentro de un mes hay un terremoto que levanta parte del terreno 10 centímetros, y se toma la segunda imagen el día después del terremoto. Entonces, una parte del terreno en la segunda imagen está 10 centímetros más cerca del satélite de lo que lo estaba en la primera imagen. Esa diferencia de recorrido de la señal se puede medir y, a partir de la misma, se puede hacer un mapa de la deformación producida por el terremoto. Este mapa nos mostrará cómo se movió el terreno en distintas ubicaciones: en algunas partes se habrá levantado los 10 cm de nuestro ejemplo; en otras partes, menos, y en lugares lo suficientemente alejados del epicentro, no se habrá movido.

¡Con este dispositivo estamos midiendo desplazamientos de pocos centímetros desde una distancia de cientos de kilómetros! La técnica de procesamiento usada se llama Interferometría Diferencial de Imágenes de Radar de Apertura Sintética, y es más conocida por la sigla DInSAR.

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Volcanes que se deforman

Uno de los fenómenos de la naturaleza que es posible estudiar con esta técnica, son los volcanes activos. Llamamos volcanes activos a los que han producido alguna erupción en los últimos diez mil años. Esto significa que podrían producir una erupción en el futuro y entonces es importante que conozcamos su comportamiento para tratar de anticiparnos.

Una de las señales que indican que hubo un cambio en el comportamiento del volcán, y que puede indicar que se avecina una erupción, es el fenómeno de inflación del mismo - ¡Sí! Se hincha, como un globo. ¿Por qué ocurre? El volcán tiene asociado un reservorio de magma, que puede estar ubicado hasta varios kilómetros por debajo de la superficie. Cuando nuevo magma proveniente del manto se ubica en el reservorio, se incrementa la presión dentro del mismo, y eso puede traducirse en un levantamiento en superficie de la región ubicada por encima, es decir, del volcán. Ese levantamiento puede ser de unos pocos centímetros o de varios metros. Si la presión aumenta mucho, podría ocurrir que la corteza se fracture y parte del magma ascienda hasta la superficie produciéndose la erupción. Cuando esto ocurre, el material de la cámara magmática es expulsado y la región por encima de la misma puede descender de nuevo, unos centímetros o varios metros.

Esos desplazamientos, tanto en la fase de inflación como en la fase de deflación, se pueden caracterizar mediante las imágenes tomadas con el Saocom, y también otros satélites de similares características. El estudio de los campos de desplazamiento ayuda a los científicos a comprender mejor cómo funciona un volcán determinado, a qué profundidad está la cámara magmática y cuál es su volumen, y a los organismos como el OAVV-Segemara (Observatorio Argentino de Vigilancia Volcánica) a decidir si se avecina una crisis volcánica y es preciso tomar medidas preventivas.

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Terremotos

La corteza terrestre está sometida constantemente a esfuerzos tectónicos. En el larguísimo plazo (millones de años) esto lleva a que en ciertas partes de la Tierra se formen cordilleras. Para ello las rocas se pliegan y se fracturan, y cuando se fracturan tiene lugar un terremoto, que consiste en ondas mecánicas que se propagan a través de la misma corteza, produciendo los movimientos y el susto que todos los mendocinos conocemos de primera mano.

En muchos casos, la ruptura genera deformaciones permanentes. Éstas pueden ser de pocos centímetros, como en el terremoto del 18/1/2021 con epicentro en el sur de la provincia de San Juan, o de varios metros como el de 16/9/2015 en la costa chilena. Esa deformación también puede ser medida y caracterizada usando esta técnica de procesamiento. Los mapas de deformación, asociados a terremotos, ayudan a los científicos a comprender mejor cómo es la falla geológica que los produjo, cómo cambia el campo de esfuerzos en la región y dónde se acumulan los mayores esfuerzos post sísmicos. Esto último es un indicio de dónde podría producirse el próximo terremoto, aunque no es posible saber con precisión cuándo ocurrirá.

Epílogo

DInSAR se usa también en la industria petrolera para medir la deformación asociada a la extracción de petróleo; en minería, para vigilar las laderas de los socavones y el comportamiento de los diques de cola; en sitios de patrimonio histórico, para detectar el inicio de pequeños colapsos en edificios; en zonas montañosas, para medir deslizamientos de laderas y en glaciares, para medir la velocidad de flujo del hielo, entre otras aplicaciones. Los satélites de radar, entre ellos el Saocom argentino, son la base tecnológica que permite llevar adelante estos estudios e investigaciones.

Como vemos, las microondas no sólo sirven para calentar la comida…

* Pablo Euillades: Doctor en Ingeniería, UNCuyo; invest. adjunto Conicet.

** Leonardo Euillades: Doctor en Ingeniería, UNCuyo; investig. adjunto Conicet.