MADRID (EUROPA PRESS) - Investigadores de Caltech han aprovechado las vibraciones del tráfico para para medir la humedad del suelo en la región subterránea poco profunda entre la superficie y los acuíferos subterráneos.

Esta región, llamada zona vadosa, es crucial para que las plantas y los cultivos obtengan agua a través de sus raíces. Sin embargo, la medición de cómo fluctúa esta humedad subterránea a lo largo del tiempo y entre regiones geográficas se ha basado tradicionalmente en imágenes satelitales, que solo brindan promedios de baja resolución y no pueden penetrar debajo de la superficie. Además, la humedad dentro de la zona vadosa cambia rápidamente: una tormenta eléctrica puede saturar una región que se seca unos días después.

El nuevo método, basado en la tecnología sísmica que estudia los terremotos, puede detectar las vibraciones de la actividad humana, como el tráfico. A medida que estas vibraciones pasan a través del suelo, se ralentizan por la presencia de agua: cuanto más humedad, más lenta es la vibración. El nuevo estudio mide el contenido de agua en la zona vadosa a través de los ruidos sísmicos del tráfico diario.

La investigación es una colaboración entre los laboratorios del hidrólogo Xiaojing (Ruby) Fu, profesor adjunto de ingeniería mecánica y civil, y el sismólogo Zhongwen Zhan, profesor de geofísica. Un artículo que describe el trabajo aparece en la revista Nature Communications.

El nuevo método se basa en una técnica iniciada en el laboratorio de Zhan, llamada detección acústica distribuida (DAS). Con esta técnica, los láseres se apuntan a cables de fibra óptica subterráneos sin uso (como el tipo que proporciona Internet). A medida que una onda sísmica, o cualquier tipo de vibración, pasa a través del cable, la luz del láser se dobla y se refracta. Medir las ondulaciones de esta luz láser proporciona a los investigadores información sobre la onda que pasa, lo que hace que el cable de 10 kilómetros sea equivalente a una línea de miles de sensores sísmicos convencionales.

A raíz del terremoto de magnitud 7,2 de 2019 en Ridgecrest, California, Zhan instaló un conjunto DAS en un cable cercano para medir las réplicas. En colaboración con Fu, el equipo se dio cuenta rápidamente de que el conjunto también podría utilizarse para medir cómo cambian las vibraciones subterráneas cotidianas en función del contenido de agua del suelo. Durante cinco años, el equipo recopiló datos y creó modelos para ilustrar cómo varía la humedad en la zona vadosa con el tiempo. Descubrieron que durante la sequía histórica en California de 2019 a 2022, la humedad en la zona vadosa disminuyó significativamente a un ritmo de 0,25 metros por año, superando la precipitación media promedio.

"A partir de los 20 metros superiores del suelo en la región de Ridgecrest, podemos extrapolar a todo el desierto de Mojave", dice Yan Yang, estudiante de posgrado en geofísica y coautor principal del estudio. "Nuestra estimación aproximada es que cada año, la zona vadosa de Mojave pierde una cantidad de agua equivalente a la presa Hoover. Durante los años de sequía de 2019 a 2022, la zona vadosa ha estado cada vez más seca".

La capacidad de medir la humedad de la zona vadosa en tiempo real es crucial para gestionar el uso del agua y los esfuerzos de conservación. El equipo pretende implementar la tecnología en otras regiones además del desierto.

"Sabemos que este método funciona muy bien para este sitio en particular", dice Fu. "Muchas otras regiones interesantes con el mismo clima podrían tener procesos hidrológicos diferentes, como el centro de California, donde las operaciones agrícolas extraen agua, pero la región también recibe nieve derretida de las montañas de Sierra Nevada".

Nunca se han utilizado instrumentos sismológicos para medir la humedad del suelo a una escala tan grande durante un período de tiempo tan prolongado y continuo.