“Cuatro ojos ven más que dos”: la detección de tsunamis con satélites de GPS

La reducción de los daños humanos provocados por tifones

Han pasado ya nueve años desde el Gran Terremoto del Este de Japón, acontecido el 11 de marzo de 2011. El hecho de que un tsunami provocase casi 20.000 víctimas mortales en un país tan avanzado tecnológicamente como Japón me llena de remordimientos como científico.

El archipiélago nipón lleva muchos años sufriendo las consecuencias de los tifones. El tifón de la bahía de Ise se cobró más de 5.000 vidas en 1959, el peor año en desastres naturales después de la Segunda Guerra Mundial. En épocas anteriores se produjeron catástrofes en las que perdieron la vida varios miles de personas.

La aparición de dispositivos como el radar del monte Fuji o el satélite geoestacionario Himawari revolucionó la predicción de la trayectoria de los tifones, permitiendo reducir drásticamente los daños humanos gracias a la evacuación previa de los afectados. Por poner un ejemplo reciente, el tifón Hagibis, que embistió la zona oriental de Japón en 2019, causó cerca de cien víctimas mortales, una cifra que hubiera sido decenas de veces mayor antes de la introducción de las nuevas tecnologías de predicción.

Las lecciones del Gran Terremoto de Chile

Considerando que el número de tifones que alcanzan Japón y los daños provocados por inundaciones no han cambiado demasiado desde los años cincuenta, podemos afirmar que el progreso de la tecnología para prever estos fenómenos está ayudando a conservar vidas humanas. Del mismo modo, si los tsunamis pudieran predecirse con más precisión, se lograría reducir los daños humanos que provoquen en un futuro.

El mayor terremoto que se ha registrado en la historia fue el de 9,5 grados de magnitud en la escala de Richter que tuvo lugar en Chile en 1960. El tsunami originado por el temblor tardó casi un día entero en atravesar todo el océano Pacífico y llegar a Japón. Aunque recibimos información del maremoto desde Hawái justo después de producirse el seísmo, la Agencia Meteorológica no emitió su predicción hasta que la ola ya había alcanzado la costa. El hecho de que en Japón se perdieran 142 vidas como consecuencia de un terremoto ocurrido en la otra punta del mundo, teniendo un margen de 24 horas de aviso, ilustra la importancia de un pronóstico certero.

Después del terremoto de Chile, se buscó una comunicación más fluida de la información sobre tsunamis, reforzando la colaboración internacional con organismos como el Centro de Alerta de Tsunamis del Pacífico —ubicado en Hawái y de gestión estadounidense— para afinar la predicción de maremotos lejanos. Sin embargo, queda pendiente encontrar el modo de reducir los daños de olas originadas por temblores con el hipocentro cercano a Japón, que tardan relativamente poco en llegar a la costa, como fue el caso de la catástrofe de 2011.

¿Por qué es tan difícil predecir los tsunamis?

La dificultad de predecir los tsunamis yace en la dificultad de detectar su inicio; si se supiera dónde y cómo se originan, se podría calcular su propagación de forma rápida y precisa mediante la simulación por ordenador.

¿Recuerdan haber resuelto un problema como el siguiente cuando estudiaban el bachillerato? “Si dejamos caer una pelota desde una altura determinada, ¿en cuántos segundos y a qué velocidad llegará al suelo?”. Incluso aquellos a los que no se les daba bien la física responderán que no es posible establecer ni el tiempo ni la velocidad de la pelota a menos que se sepa desde qué altura se tira; conociendo esa variable, las otras se pueden calcular fácilmente aplicando las leyes de Newton.

Las condiciones en que se originan los tsunamis son como la altura en el problema anterior. Si fuera posible obtener datos de su inicio, como en qué punto y en qué grado se elevó la superficie marina justo después del terremoto, se podría predecir correctamente su alcance mediante simulaciones.

La predicción de tsunamis a partir de una base de datos gigantesca

Como hemos visto, localizar el principio de un tsunami no es tarea fácil. Vigilar constantemente la inmensa extensión del mar por satélites para detectar los maremotos plantea grandes dificultades técnicas y económicas.

El método que se emplea habitualmente para predecir los tsunamis son las estimaciones a partir del hipocentro y la magnitud de los terremotos. Los temblores se componen de dos tipos de ondas sísmicas: las ondas P (ondas longitudinales), que se propagan a una velocidad de 7 kilómetros por segundo, y las ondas S (ondas transversales), que avanzan a 4 kilómetros por segundo. Midiendo estas ondas en varios puntos, se puede calcular el lugar de origen, el alcance y la magnitud de un terremoto en menos de dos minutos.

La Agencia Meteorológica de Japón obtiene sus predicciones de tsunamis de una base de datos en que se combinan los cálculos de decenas de miles de olas posibles (con incontables lugares de origen y magnitudes) con la información de los terremotos reales registrados.

El método actual presenta, sin embargo, una limitación: el cálculo del hipocentro y la magnitud a partir de las ondas sísmicas P y S solo funciona para terremotos de hasta 8 grados de magnitud. No es posible determinar la escala de macrosismos como el Gran Terremoto del Este de Japón, que se subestiman al asignarles solo 8 grados.

Por más que se cuente con una excelente base de datos, si un terremoto de 9 grados de magnitud se considera como si fuera de 8, como la energía liberada por el primero es treinta veces mayor que la del segundo, resulta imposible predecir el maremoto resultante con exactitud. En el Gran Terremoto del Este de Japón, la incapacidad de establecer correctamente la magnitud del terremoto hizo que se estimase la altura del tsunami a la baja, lo cual indujo al error de creer que no sobrepasaría los diques de la costa, retrasó la evacuación de la zona afectada y fue uno de los factores que multiplicaron el número de víctimas del desastre.

El reto de predecir los tsunamis tras el Gran Terremoto del Este de Japón

Después del Gran Terremoto del Este de Japón, el Instituto Nacional de las Ciencias de la Tierra y la Prevención de Desastres montó la Red de Observación del Suelo Marino de la Fosa de Japón para Terremotos y Tsunamis (S-net) en la fosa que se extiende entre la bahía de Bōsō y la bahía de Tokachi, como medida para intentar reducir la devastación provocada por los tsunamis. Conectado por 5.500 kilómetros de cable submarino de fibra óptica, este dispositivo de observación, que aúna la medición de terremotos con la de maremotos y que permite obtener datos en tiempo real las 24 horas del día, ya está en funcionamiento. En 2020 han arrancado las obras para construir la Red de Observación del Suelo Marino para Terremotos y Tsunamis (N-net) frente a Shikoku, en previsión del seísmo que se espera en la fosa de Nankai desde hace años.

Las redes de observación del suelo marino para terremotos y tsunamis, que permiten captar estos últimos directamente desde el lecho marino gracias a la colocación de dispositivos de detección en zonas susceptibles de alojar el hipocentro de nuevos temblores, son herramientas muy potentes. Aun así, tender cable en el fondo del mar para conectar todos los dispositivos comporta costes exorbitantes, tanto para la inversión inicial como para el mantenimiento posterior de la infraestructura.

En la línea del concepto de las redes del fondo marino, un científico dio con un método de cálculo de formas para captar el inicio de los tsunamis que no comporta ningún gasto. El profesor asociado de la Universidad de Ciencias y Tecnología Marinas de Tokio Inazu Daisuke demostró, a partir del caso del Gran Terremoto del Este de Japón, que era posible deducir la forma inicial de un maremoto observando la variación de velocidad de navegación de los barcos, a partir de los datos obtenidos por el sistema de identificación automática (AIS, por sus siglas en inglés), un dispositivo que todas las embarcaciones están obligadas a llevar instalado.

En el caso de los datos recopilados por el AIS, se obtiene la información que casi todos los barcos en decenas de kilómetros de costa envían por ondas de radio en tiempo real. En un futuro próximo también se podrán obtener, en tiempo real y por satélite, los datos de navíos cuyas ondas no llegan a la costa. Así pues, con este sistema los barcos que navegan por el mar se convierten en dispositivos para medir tsunamis. Aunque la precisión oscila por las fluctuaciones de la cantidad de embarcaciones y su distribución, se trata de una tecnología innovadora que aprovecha una infraestructura ya existente.

Captar los tsunamis desde el espacio

A continuación quisiera explicar en qué consisten las investigaciones en las que participamos varios científicos con el objetivo de hallar la forma de localizar los tsunamis desde el cielo, en lugar de detectar las ondas sísmicas y los maremotos directamente desde la superficie terrestre.

Cuando se origina un tsunami, la superficie marina se eleva y genera ondas sonoras (ondas infrasónicas) que vibran lentamente y que tardan unos 8 minutos en ascender 300 kilómetros hasta el espacio exterior.

En el espacio que se halla a 300 kilómetros de altura sobre el nivel del mar, la reducida parte de aire que queda se encuentra en estado de plasma, que aprovecha la energía del sol y se compone de iones positivos y negativos. Las ondas infrasónicas que marcan el origen de los tsunamis también hacen vibrar ampliamente el plasma, y los cambios que provocan espacialmente son como un reflejo de la forma inicial del maremoto.

Con la difusión de los navegadores para coche y los teléfonos inteligentes, el servicio de GPS (global positioning system, sistema de posicionamiento global) ha pasado a formar parte de nuestra vida cotidiana. Los satélites de posicionamiento surcan el cielo a unos 20.000 kilómetros de altitud; siempre hay varios de ellos flotando por encima de Japón. El posicionamiento se determina mediante 1.300 puntos de referencia que la Autoridad de Información Geoespacial de Japón tiene instalados en distintas partes del país, que reciben las ondas de radio de los satélites de GPS; los datos se recopilan en cada punto en tiempo real.

Las ondas que se envían de los satélites de posicionamiento a las estaciones base contienen información de cuando atravesaron el plasma espacial. Obteniendo la fluctuación del plasma, es posible establecer con precisión la forma inicial del tsunami. Mientras que actualmente se tarda unos 20 minutos en identificar la formación de una gran ola tras un terremoto de 9 grados de magnitud, se está desarrollando una tecnología que permitiría reducir el proceso a 12 minutos.

La mayor ventaja de la nueva tecnología es la posibilidad de aprovechar la infraestructura ya existente de los satélites de posicionamiento, montando un sistema que permitiría observar exhaustivamente los tsunamis del mar que rodea Japón desde el espacio sin ninguna inversión inicial. Esta tecnología estaría también al alcance de países que carecen del capital para invertir en infraestructura. Si logramos desarrollar una tecnología de predicción de maremotos de bajo coste, Japón podría “devolver el favor” de la ayuda que recibió de todo el mundo tras la catástrofe de 2011.

La tecnología y la protección de las vidas humanas

Al igual que la mortalidad provocada por el tifón de la bahía de Ise impulsó el avance en la previsión de la trayectoria de los tifones, nuestra misión como científicos es centrar nuestros esfuerzos en la investigación y el desarrollo para evitar que se repita un desastre igual en el caso de producirse un tsunami de grandes dimensiones como el del Gran Terremoto del Este de Japón.

Desde el desastre de 2011, se está trabajando en distintos tipos de tecnologías para prever los tsunamis, además de la que mencionamos aquí. Todos los proyectos están aún en fase de desarrollo pero, atendiendo a la dificultad de prever los terremotos y determinar el punto de origen de los maremotos, lo más efectivo será crear un sistema complejo que aúne distintos enfoques y se sirva de las ventajas de cada una de las líneas de investigación actuales. El objetivo último es proteger cuantas más vidas mejor, haciendo que las diferentes tecnologías se complementen entre ellas y cubriendo las deficiencias de una con las posibilidades de la otra.

Finalmente, quisiera recordar que, por desgracia, en estos momentos no contamos con ninguna tecnología de predicción que ofrezca una solución definitiva. La experiencia, el “sexto sentido” y la preparación constante de todos y cada uno de nosotros son elementos imprescindibles para reducir los daños provocados por los tsunamis. Animo a aquellos que viven en la costa a que conozcan la ubicación de los refugios elevados más cercanos, sean conscientes de la posibilidad de un maremoto y se pongan a salvo siempre que haya temblores fuertes.

Al estar situado en una zona de intensa actividad sísmica, el archipiélago japonés no podrá librarse por completo de la influencia de los tsunamis en un futuro. Sin embargo, mi deseo es el de reducir al máximo la pérdida de vidas humanas mediante la tecnología y el esfuerzo de todos los ciudadanos.

Fotografía del encabezado: Estado del puerto pesquero de Matsukawaura, en el municipio de Sōma (Fukushima), tras ser arrasado por el tsunami que siguió al Gran Terremoto del Este de Japón. (Fotografía cedida por el Instituto Científico para la Prevención de Incendios y Desastres)