Un sismògraf submarí per dibuixar els batecs de la terra

L'ONU va proclamar 2008 com l’Any Internacional del Planeta Terra. Es tracta d’un esdeveniment per a recordar la importància de les Ciències de la Terra en el desenvolupament del planeta. En el marc d’aquesta celebració i a la nostra universitat, volem destacar la recerca geofísica que porta a terme l’Observatori de l’Ebre i alguns dels seus projectes com ara la instal·lació del primer sismògraf permanent de l’estat.    

L’any 1995 la terra es va despertar enfront de la costa de Tarragona. Un terratrèmol de magnitud 4.6 va ser percebut àmpliament a les localitats de la costa tarragonina. La plataforma petrolífera Casablanca no va ser una excepció i la resposta de l’empresa propietària (Repsol Investigaciones Petrolíferas) a aquest batec terrestre va ser contactar amb l’Institut Cartogràfic de Catalunya (ICC) i l’Observatori de l’Ebre. Així es va iniciar el compte enrere del primer sismògraf submarí permanent de l’estat espanyol.

L’avís de la terra va reforçar l’interès per conèixer millor l’activitat sísmica al sistema de falles actiu situat davant les costes de Tarragona que, en els últims anys,  ha generat varis terratrèmols percebuts per la població. Davant aquesta situació, els ulls de la petroliera es van aturar en l’Observatori de l’Ebre i els seus 100 anys d’experiència en l’estudi de la sismologia. El problema assenyalat pel terratrèmol és que, malgrat l’increment del nombre de sismògrafs i de les millores en la instrumentació en els darrers anys, hi ha regions on l’activitat sísmica no està ben controlada, com és el cas dels terratrèmols amb focus marins a zones costaneres. Els efectes d’aquests sismes actuen moltes vegades sobre zones amb una gran activitat turística i industrial, amb alta densitat de població i activitat econòmica important. En aquestes condicions, terratrèmols de magnitud moderada poden generar un alt nivell de risc, que implica la necessitat d‘aprofundir en el coneixement de la sismicitat en aquestes zones costaneres per a una correcta avaluació del risc sísmic.

Aquesta necessitat es va transformar en un projecte per a instal•lar a la costa de Tarragona el primer sismògraf submarí (Ocean Bottom Seismometer, OBS) permanent de l’estat, que permetria monitoritzar l’activitat de la zona de falles marina i aconseguir un dibuix més acurat de la sismicitat de la zona. “Els telesismes, terratrèmols llunyans, si tenen la magnitud suficient es detecten igual, però per a estudiar la sismicitat regional de la zona costera catalano-valenciana, tenir un OBS al mar ens permet localitzar qualsevol terratrèmol per petit que sigui a aquesta zona de falles”,  explica la Dra. Arantza Ugalde, cap de la secció de Sismologia de l’Observatori de l’Ebre. 

L'ICC, l’Institut Geològic de Catalunya (IGC) i l’Observatori van iniciar el projecte amb finançament del Plan Nacional de I+ D del Ministeri d’Educació i Ciència, de l’ICC, de l’IGC i la col•laboració logística de Repsol. L’objectiu principal amb la instal•lació de l’OBS era afegir un nou vigilant sísmic a les dotze estacions de la Xarxa Sísmica de Catalunya. Aleshores va començar un procés llarg i costós que es va iniciar el 2003 i ha vist el final els darrers mesos de 2007.

Disseny a mida
En aquest procés de casi quatre anys, les dificultats neixen amb el propi disseny de l’OBS, que s’ha de fabricar a mida (a Europa només existeixen dos sismògrafs submarins permanents) i que va trigar un any per veure la llum. Per a entendre aquesta  tardança, cal tenir en compte les condicions especials de l’aparell, ja que es tracta d’un instrument electrònic molt sensible a un entorn tan agressiu com el mar. Això significa que ha d’estar protegit per un continent hermètic, per evitar que entri aigua, i amb una forma i d’un material capaç de suportar les altes pressions del fons oceànic. 

L’instrumental que cal protegir està format pel sismòmetre de fons marí i per un sensor diferencial de pressió: DPG (Differential Pressure Gauge). Aquest sensor s’utilitza també per a la detecció de tsunamis, tot i que en aquest cas es troba tan a prop de la costa que no serviria com a mitjà d’alerta. No obstant això, serveix per a detectar els canvis de pressió provocats per les onades i poder distingir aquests moviments del moviments reals de la terra.

Lluitant contra el soroll
Un terratrèmol es produeix quan la roca, superat el seu nivell màxim de deformació, es trenca. Llavors part de l’energia acumulada en aquest procés de deformació s'allibera en forma d’ones sísmiques que són recollides pels sismògrafs. El 'soroll' provocat per les onades o les vibracions degudes a la pròpia activitat de la plataforma petrolífera poden amagar les arribades d’aquestes ones sísmiques i afectar la qualitat dels registres. A més, aquesta intromissió és molt difícil de predir abans de tenir l’aparell a la seva localització definitiva: “A les estacions de terra, abans d’instal•lar un sismògraf, es col•loca un sensor portàtil per analitzar el soroll de la zona i després es decideix si és un bon lloc o no. Al mar es fa a l’inrevés: un cop instal•lat, analitzes quines són les condicions de soroll”, explica l’Arantza Ugalde.

En aquest cas, el que es va fer és estudiar els corrents marins, per saber quins moviments del mar podrien afectar l’enregistrament de les dades. Per a fer els càlculs, s’utilitzen unes corbes experimentals (corbes de Peterson) que marquen la mitjana de soroll als llocs menys i més sorollosos de la terra. El procés consisteix en comparar la corba de soroll de la zona d’estudi amb la de Peterson i així veure quina és la qualitat de l’emplaçament. “A nosaltres ens sortien uns pics molts alts al voltant d’unes freqüències molt concretes, això vol dir que en aquestes freqüències no podrem treure gaire informació perquè l’energia del soroll supera el senyal provinent del terratrèmol. El treball futur és identificar el seu origen per poder corregir-lo. En principi creiem que pot provenir de la plataforma, ja que les tasques d’extracció de petroli produeixen vibracions que sens dubte ha d’enregistrar el nostre sismògraf”, aclareix la investigadora.

El repte de la instal•lació
La tasca de detecció del soroll i correcció de les dades ve precedida d’un dels aspectes crítics de tot el procés: la pròpia instal•lació de l´OBS. Es tracta d’un procediment molt complicat per la infraestructura que necessita i perquè un sensor sísmic ha d’estar emplaçat en unes condicions molt concretes. “Cal que estigui enterrat (per a evitar el soroll dels corrents marins), anivellat i orientat d’una determinada manera. El problema és la profunditat, 140 metres, que no permet treballar amb bussos, així que vam haver de submergir un robot per controlar la instal•lació: primer vam deixar caure l’OBS des del vaixell i després amb un canó d’aigua es va crear un forat per soterrar el sismògraf. Un cop soterrat es va comprovar que no s’havia orientat correctament, però amb el robot es va calcular la desviació per poder corregir després les dades”, recorda la investigadora de l’Observatori.

Tot aquest procés es va acabar fa uns mesos i a partir de llavors l’OBS enregistra les dades, les digitalitza i les envia a través d’un cable submarí fins la plataforma. Des d’aquí es transmeten via satèl•lit fins a l’Institut Cartogràfic de Catalunya com una més de les estacions de la Xarxa Sísmica de Catalunya. Aquesta informació s’envia per Internet a l’Institut Geològic de Catalunya i a l’Observatori per reduir les incerteses en la localització dels hipocentres (origen d’un moviment sísmic) situats a la zona costanera.

Aquesta informació servirà per a optimitzar els mapes de perillositat sísmica i de risc, que són els que combinen la perillositat amb el tipus d’infraestructures i construccions de la zona. “En l’actualitat existeixen mapes d’aquest tipus a tot l’estat. De fet, hi ha un codi sismoresistent que totes les construccions han de seguir. Aquests mapes es fan segons les dades que tens i pot ser que amb la introducció de la informació que obtindrem de l’OBS es modifiqui el mapa sísmic. Llavors, l’aparell tindrà un valor afegit. Malgrat tot, per arribar a aquesta conclusió serà necessari un procés de recollida de dades i anàlisis de molts i molts anys”. L’OBS permetrà localitzar qualsevol terratrèmol a aquesta zona i així conèixer més acuradament la sismicitat del nostre territori. Un camí encara llarg on l’Observatori ja ha posat la primera pedra.

 Agustí López

-Arantza Ugalde és doctora en Ciències Físiques i cap de la secció de Sismologia de l’Observatori de l’Ebre.