Un sismómetro de fondo oceánico ( OBS ) es un sismómetro diseñado para registrar el movimiento de la Tierra bajo océanos y lagos a partir de fuentes artificiales y naturales.
Los sensores en el fondo del mar se utilizan para observar eventos acústicos y sísmicos . Las señales sísmicas y acústicas pueden ser causadas por diferentes fuentes, tanto por terremotos y temblores como por fuentes artificiales. Computar y analizar los datos proporciona información sobre el tipo de fuente y, en caso de eventos sísmicos naturales, la geofísica y geología del fondo marino y la corteza más profunda. El despliegue de OBS a lo largo de un perfil proporcionará información sobre la estructura profunda de la corteza terrestre y el manto superior en zonas costeras. OBS puede estar equipado con un máximo de un geófono de tres componentes además de un hidrófono , por lo que necesita una capacidad de más de 144 Mbytes, que sería el mínimo para un perfilado MCS adecuado. En una encuesta típica, los instrumentos deben estar operativos durante varios días (las implementaciones pueden exceder los 12 meses), [1] lo que requiere una capacidad de almacenamiento de datos de más de 500 Mbytes. Otros experimentos, como los estudios tomográficos en el marco de un estudio 3D o el seguimiento sismológico, exigen capacidades aún mayores.
El OBS consta de una esfera de aluminio que contiene sensores, componentes electrónicos, suficientes pilas alcalinas para durar 10 días en el fondo del océano y un disparador acústico . Las dos mitades de la esfera se unen con una junta tórica y una abrazadera de metal para mantener unidas las mitades. Se aplica un ligero vacío sobre la esfera para asegurar mejor un sellado. La esfera por sí sola flota, por lo que se necesita un ancla para hundir el instrumento hasta el fondo. En este caso, el ancla es una placa metálica plana de 40 pulgadas (1,02 metros) de diámetro. El instrumento ha sido diseñado para poder desplegarse y recuperarse de casi cualquier embarcación. Todo lo que se necesita (para el despliegue y la recuperación) es suficiente espacio en la cubierta para sostener los instrumentos y sus anclas y una pluma capaz de levantar un OBS de la cubierta y girarlo para bajarlo al agua. El OBS se atornilla al ancla y luego se deja caer (suavemente) por el costado.
Los sismómetros funcionan según el principio de inercia. El cuerpo del sismómetro descansa de forma segura en el fondo del mar. En el interior, una masa pesada cuelga de un resorte entre dos imanes. Cuando la Tierra se mueve, también lo hacen el sismómetro y sus imanes, pero la masa permanece brevemente donde está. A medida que la masa oscila a través del campo magnético, produce una corriente eléctrica que el instrumento mide. El sismómetro en sí es un pequeño cilindro metálico; el resto del OBS del tamaño de un baúl consiste en equipo para hacer funcionar el sismómetro (un registrador de datos y baterías), peso para hundirlo en el fondo del mar, una liberación acústica controlada a distancia y flotación para traer el instrumento de regreso a la superficie.
El movimiento del suelo provocado por los terremotos puede ser extremadamente pequeño (menos de un milímetro) o grande (varios metros). Los movimientos pequeños tienen frecuencias altas, por lo que monitorearlos requiere medir el movimiento muchas veces por segundo y produce enormes cantidades de datos. Los movimientos grandes son mucho más raros, por lo que los instrumentos necesitan registrar datos con menos frecuencia para ahorrar espacio en la memoria y energía de la batería para implementaciones más largas. Debido a esta variabilidad, los ingenieros han diseñado dos tipos básicos de sismómetros:
Registran movimientos de alta frecuencia (hasta cientos de veces por segundo). Pueden registrar pequeños terremotos de períodos cortos y también son útiles para estudiar las decenas de kilómetros exteriores del fondo marino. Detalles técnicos para dos modelos: WHOI D2 y Scripps L-CHEAPO.
Registran una gama mucho más amplia de movimientos, con frecuencias de aproximadamente 10 por segundo a una o dos veces por minuto. Se utilizan para registrar terremotos de tamaño mediano y actividad sísmica lejos del instrumento. Detalles técnicos para dos modelos: OBS de implementación prolongada de WHOI y OBS de implementación prolongada de Scripps.
Se están empezando a desarrollar OBS personalizados, a medida que aumenta la necesidad de ampliar la cobertura en el campo de la sismología [2] y son necesarios despliegues permanentes. Una personalización para mejorar la calidad de los datos de los sismómetros es perforar el sismómetro en una carcasa de aluminio en la superficie (~1 m) para crear estabilidad en el sedimento blando del fondo del océano. [2] Otra personalización posible es agregar un manómetro diferencial (DPG) y/o molinete , para comprender cómo cambia la presión alrededor del sismómetro. [2] También puede resultar práctico almacenar el registrador de datos y la batería en una esfera de vidrio Benthos para poder conectarlo al barco mediante el uso de un vehículo operado a distancia (ROV) , [3] que es un avance necesario para tener y mantener implementaciones permanentes de OBS.
Los relojes muy estables hacen comparables las lecturas de muchos sismómetros remotos. (Sin marcas de tiempo confiables, los datos de diferentes máquinas serían inutilizables). El desarrollo de estos relojes fue un avance crucial para los sismólogos que estudian el interior de la Tierra. Después de recuperar un sismómetro del fondo del océano, los científicos pueden descargar los datos del instrumento conectando un cable de datos. Esta característica ahorra la tarea de desmontar con cuidado la carcasa protectora del instrumento mientras se está a bordo de un barco en movimiento. La capacidad de conectar un sismómetro a un amarre u observatorio hace que los datos del instrumento estén disponibles al instante. Esta es una gran ventaja para los geólogos que luchan por responder a un gran terremoto.
El entorno de estos despliegues complica los métodos estándar que se utilizan para analizar los datos debido al océano encima del sismómetro, a diferencia del aire libre sobre una estación terrestre típica. [5] Estos sismómetros también tienen una relación señal-ruido reducida debido al ruido creado por el movimiento de los océanos debido a las mareas impulsadas por el viento, particularmente en períodos de 7 y 14 segundos. [6] Este movimiento de período prolongado y la corriente que fluye alrededor del sismómetro pueden crear problemas de ruido de período prolongado en los componentes horizontales porque el sedimento blando (saturado) sobre el que descansa el sismómetro es más susceptible a permitir que el sismómetro se incline [7] y Lo ideal es que la componente horizontal no se mueva y sea perpendicular a la gravedad para obtener los mejores resultados del sismómetro. El sedimento saturado también reduce significativamente la relación señal-ruido [8] porque la velocidad de las ondas P y S disminuye y las ondas sísmicas quedan atrapadas en la capa de sedimento creando un zumbido de gran amplitud debido a la conservación de la energía .
Uno de los despliegues de OBS más grandes jamás realizados fue el experimento de tomografía y electromagnética del Gran Manto (Big MELT), [9] que involucró a casi 100 OBS en la Dorsal del Pacífico Oriental con el objetivo de comprender la generación de magma y el desarrollo de las dorsales en medio del océano . La Iniciativa Cascadia [10] [8] es un despliegue costa afuera/tierra para observar la deformación de las placas Juan de Fuca y Gorda , así como temas que van desde megaterremotos hasta la estructura del arco volcánico en el noroeste del Pacífico . El PLUME hawaiano (Experimento de fusión submarina de pluma y litosfera) [11] fue un despliegue en tierra y mar adentro (predominantemente en alta mar) para comprender mejor qué tipo de pluma del manto se encuentra debajo de Hawái y comprender mejor el afloramiento del manto en esta región y su relación con el litosfera . La Arquitectura de Banda Ancha Astenosférica y Litosférica del Experimento de la Región Marina de California (ALBACORE) [12] implementó de 2010 a 2011 34 OBS para ayudar a comprender mejor la interacción tectónica en el límite de la placa Pacífico-Norteamérica y los estilos de deformación de la placa del Pacífico y la microplacas cercanas.
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