Las vibraciones viajan por nuestro planeta en forma de ondas, como los acordes que suenan en una guitarra rasgada. Los terremotos, los volcanes y el bullicio de la actividad humana excitan algunas de estas ondas sísmicas. Cuando las olas del océano, azotadas por el viento, envían golpes de presión hacia el fondo del mar, la estructura de la Tierra sólida responde con un sonido propio. (Crédito de la imagen: Andrey Polivanov / )

Cuando las tormentas agitan los mares del mundo, las olas azotadas por el viento en la superficie interactúan de una manera única que produce golpes de presión similares a los de un pistón en el fondo marino, generando una corriente de débiles temblores que ondulan a través de la Tierra hasta cada rincón del globo.

«En estos datos sísmicos ambientales hay una huella de esos tres sistemas de la Tierra: la atmósfera, las capas exteriores rocosas de la Tierra y el océano», afirma la geofísica de la Universidad de Stanford Lucia Gualtieri, autora principal de un artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences que ayuda a resolver un enigma de décadas sobre la física de las ondas sísmicas relacionadas con las tormentas oceánicas.

Conocidas como microseísmos secundarios, las pequeñas ondas sísmicas excitadas por el estruendo de los océanos son tan ubicuas y caóticas que los sismólogos han dejado de lado los datos durante mucho tiempo. «Cuando se registran estas ondas, el registro sísmico parece un ruido aleatorio porque hay muchas fuentes, una cerca de la otra a lo largo de la extensa área de una tormenta. Todas actúan al mismo tiempo y los campos de ondas resultantes interfieren entre sí», explica Gualtieri. «Uno quiere descartarlos sin más».

Sin embargo, en los últimos 15 años, los investigadores han encontrado una forma de extraer el significado de estos datos ruidosos. Analizando la rapidez con la que los pares de ondas viajan de una estación sísmica a otra, han comenzado a obtener información sobre los materiales que atraviesan. «Utilizamos las ondas sísmicas como los rayos X en las imágenes médicas para escanear la Tierra», dijo Gualtieri, que es profesor asistente de geofísica en la Escuela de la Tierra, Energía & Ciencias Ambientales de Stanford (Stanford Earth).

Olas de amor desde el fondo del océano

A diferencia de una sola ola oceánica rodando por la superficie, que se extingue antes de llegar a las profundidades del mar, las interacciones caóticas de las olas que viajan en direcciones opuestas durante una tormenta pueden crear un movimiento de balanceo hacia arriba y hacia abajo en la superficie que pulsa todo el camino a la Tierra sólida por debajo. Las vibraciones conocidas como ondas Rayleigh se desplazan entonces hacia el exterior desde el pulso, moviendo el suelo hacia arriba y hacia abajo a medida que avanzan.

Durante décadas, los científicos han comprendido el componente vertical de los microseísmos de las tormentas oceánicas, donde dominan las ondas Rayleigh. Pero hay otro conjunto de vibraciones registradas durante las tormentas oceánicas que son inexplicables en las teorías aceptadas sobre cómo los mares tormentosos generan movimientos en la Tierra sólida. Estas vibraciones, denominadas ondas Love en honor a su descubridor del siglo XX, empujan las partículas de roca del subsuelo de lado a lado -perpendicularmente a su trayectoria hacia delante- como una serpiente que se desliza. «Estas ondas no deberían estar ahí en absoluto», afirma Gualtieri. «No sabíamos de dónde venían».

Los científicos han presentado dos explicaciones plausibles. Una idea es que cuando la fuerza vertical que bombea hacia abajo desde las olas oceánicas en colisión encuentra una pendiente en el fondo marino, se divide y forma los dos tipos de ondas superficiales diferentes: Rayleigh y Love. «En ese caso, la fuente de las ondas Love estaría muy cerca de la fuente de las ondas Rayleigh, si no en el mismo lugar», dijo Gualtieri.

Pero la investigación de Gualtieri, de la que son coautores geocientíficos de la Universidad de Princeton, concluye que las pendientes y las inclinaciones del fondo marino no son lo suficientemente pronunciadas como para generar la fuerte fuerza horizontal necesaria para producir las ondas Love captadas por los registradores sísmicos. Sus resultados, publicados el 9 de noviembre, apoyan una teoría alternativa, en la que las ondas de Amor se originan dentro de la propia Tierra. Resulta que cuando los mares azotados por el viento estrangulan la presión hacia el fondo marino, la estructura de parches de la Tierra sólida que hay debajo responde con un estruendo propio.

«Entendemos cómo los terremotos crean las ondas Love, pero nunca hemos averiguado exactamente cómo las crean las ondas oceánicas», dijo el experto en ruido sísmico ambiental Keith Koper, profesor de geología y geofísica y director de las estaciones sismográficas de la Universidad de Utah, que no participó en el estudio. «Esto es un poco embarazoso porque las ondas Love generadas por el océano se han observado durante más de 50 años». El trabajo dirigido por Gualtieri, dijo, «proporciona pruebas concluyentes» de cómo las olas del océano generan este tipo particular de vibración en la Tierra.

Simulación de la Tierra

Usando el superordenador Summit del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, los investigadores simularon las complejas interacciones que se producen entre las tormentas, las olas del océano y la Tierra sólida durante períodos de tres horas. Con una precisión de hasta cuatro segundos, cada simulación incluía 230.400 fuentes de presión repartidas por todo el planeta. «Utilizamos el ordenador como laboratorio para que las ondas sísmicas se propaguen desde fuentes realistas por todos los océanos del mundo, basándonos en la física conocida sobre cómo y dónde se generan las ondas sísmicas por las tormentas oceánicas, así como sobre cómo se mueven a través de la Tierra», dijo Gualtieri.

Una versión del modelo de la Tierra representaba el planeta como un mundo estratificado simplista, en el que las propiedades varían sólo con la profundidad, como un pastel de capas. El otro modelo, más fiel a la realidad, capturaba más la variación tridimensional de su terreno subterráneo, como una galleta de chocolate. Para cada versión, los investigadores activaron y desactivaron los datos de profundidad submarina para comprobar si las características del fondo marino, como cañones, barrancos y montañas -en contraposición a la estructura más profunda-, podían producir ondas de Amor.

Los resultados muestran que las ondas de Amor no se generan bien en la Tierra unidimensional, parecida a una tarta de capas. Sin embargo, en el modelo tridimensional, las ondas Love emanaron desde abajo del fondo marino en unos 30 minutos y con un océano retumbante. Cuando las ondas Rayleigh y otras ondas sísmicas generadas por las tormentas oceánicas encuentran zonas más calientes o más frías y materiales diferentes en su viaje lateral a través de la Tierra, el estudio sugiere que su energía se dispersa y se reenfoca. En el proceso, una parte del campo de ondas se convierte en ondas Love. «Si aplicas esas fuentes de presión de las ondas oceánicas que interfieren y esperas, la Tierra te dará todo el campo de ondas», dijo Gualtieri. «Es la propia Tierra la que generará las ondas de Amor».

Según Gualtieri, una mejor comprensión de cómo surgen y se propagan estas vibraciones a través de la Tierra podría ayudar a llenar las lagunas en el conocimiento no sólo del interior de nuestro planeta, sino también de su clima cambiante. Las grabaciones sísmicas analógicas se remontan a antes de la era de los satélites, y los datos digitales de alta calidad se registran desde hace varias décadas.

«Esta base de datos contiene información sobre los procesos ambientales, y está prácticamente sin explotar», dijo.