El Misterio de las Variaciones TEC Previo a Eventos Sísmicos

Variaciones del TEC y sismicidad; Una Realidad?

Desde mediados de los 60’s el estudio ionosférico basado en la observación satelital permitió evidenciar la importante interacción existente entre el comportamiento atmosférico y  la sismicidad global. Los estudios de explosiones nucleares, realizados  en Estados Unidos y Rusia durante la Guerra Fría permitieron observar la transmisión de ondas desde la superficie hacia la alta atmósfera, las cuales eran amplificadas a medida que ascendían, debido a la disminución de la densidad y la presión. Este fenómeno permitió posteriormente observar el fenómeno inverso, el cual consistía en importantes variaciones de la frecuencia y la densidad atmosférica días, e incluso horas, antes de un evento sísmico. Si bien este efecto no fue verificable en todos los sismos, si se cumplía en gran parte de éllos (60% del total).

Los estudios de Sobolev & Husamidinov (1985) describen importantes anomalías del TEC (Total Electron Content) algunas noches en que la ionosfera parecía estar en calma. Al parecer, las variaciones del TEC habrían de generar alteraciones en la altura y densidad de la capa ionosférica F, la cual es utilizada para el monitoreo de las frecuencia de absorsión para comunicación HF, más conocidas como foF2.

Aspectos Escenciales de las Variaciones del TEC

En estricto rigor, el índice TEC proporciona un valor promedio de la densidad de electrones presentes en la columna ficticia existente entre el satélite y la superficie terrestre. Los estudios de Minster (1995) presentan una interesante correlación entre las variaciones del TEC previo a eventos sísmicos, en base a los datos proporcionados por la estación satelital TOPEX-POSEIDON. De la misma manera, Liu (2002) corroboró estas observaciones utilizando la data proporcionada por la red GPS, en Taiwán.

Mapa de Predicción Sísmica

En base a la importante relación existente entre estos dos métodos de verificación, la USGS, suele generar un mapa de riesgo sísmico, superpuesto en mapa de TEC por latitud (LTT, Latitude – Time TEC), para 4 días previos a eventos sísmicos.  De acuerdo a las observaciones, el TEC cae y luego aumenta drásticamente a medida que se mueve hacia e ecuador.  El siguiente es un plot del LLT basado en la recepción de estaciones GPS alrededor del mundo (http://iono.jpl.nasa.gov//latest_rti_global.html):

Mapa TEC global basado en la Recepción de Señal GPS

Integración de los Parámetros Climáticos Espaciales en la Predicción Sísmica

El trabajo de M. Akhoondzadeh & M. Parrot (2010) http://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/10/7/2010/nhess-10-7-2010.pdf propone la integración de algunos factores climáticos espaciales que podrían, al parecer, estar vinculados con la actividad sísmica. Sus estudios en el terremoto de Samoa (2009) infieren que las anomalías del TEC podrían ser descencadenadas por variaciones en el índice k y Dst. En estricto rigor, Akhoondzadeh y Parrot indican que una anomalía del TEC está definida cuando el k index >2.5, y el Dst >-20 nT.

Valores Dst Ecuatoriales desde la Estación WDC Kioto

Valores del Indice k desde el WDC Kioto

Las observaciones de Akhoondzadeh y Parrot sobre el terremoto de Samoa muestran anomalías hasta 5 días antes del evento. Este modelo fue posteriormente corroborado por Parrot en el evento sísmico de Sichuan (China, 2008):

Anomalía de la función TEC en el evento de Sichuan, 2008

Presente y Futuro de la Predicción Sísmica en Base a las Variaciones Ionosféricas

El estudio de las variaciones ionosféricas ha tomado ribetes de importancia en la investigación sísmica de los últimos años. Esto ha impulsado el desarrollo de herramientas sofisticadas que permiten, de manera certera, monitorear con precisión la evolución ionosférica, en busca de los parámetros que propicien eventos sísmicos.

La agencia espacial Francesa, en conjunto con ESA han tomado la iniciativa, en el desarrollo del proyecto DEMETER (http://DEMETER.cnrs-orleans.fr/). El objetivo principal de este equipo es observar anomalías ionosféricas, y asociarlas a eventos sísmicos posibles. a 710 kms sobre la órbita polar, DEMETER provee información constante del plasma y las partículas cargadas de la ionosfera, además de la temperatura y densidad de la misma. Si bien gran parte de la información relacionada a eventos sísmicos es de uso exclusivo de operadores e investigadores asociados, la eficacia de la sonda como observador de eventos ionosféricos sísmicos. Los instrumentos de DEMETER también han permitido observar las famosas variaciones de la frecuencia ULF revisadas en el hilo https://clubdeastronomia.wordpress.com/2010/05/28/prediccion-sismica-a-corto-plazo-variaciones-de-la-ulf-geomagnetica/

Variaciones de la frecuencia ULF en DEMETER

Las Flechas indican las anomalías de la frecuencia ULF de 90-100 Hz, a bordo de la micro-sonda DEMETER. El registro ocurre a las 15:38 UTC. El recorrido de DEMETER sobre la zona, el 26 de Mayo es el siguiente:

Track (ruta) de la micro-sonda DEMETER el 26 de Mayo de 2005

Las perturbaciones en la frecuencia indicaban un inminente sismo en la latitud observada. Este ocurriría 5 días más tarde (Arunachal Pradech, India – 5.9Mw – 28.87°N, 94.60°E). Nótese que las coordenadas en el momento de la extracción de datos y el evento sísmico son casi  coincidentes. Esto corrobora la eficacia de la misión DEMETER, como una herramienta científica de excelencia en la predicción de zonas sísmicas. Qué supone esta afirmación? Principalmente, que países como Francia y Europa en general ya poseen sistemas de predicción sísmica con precisión considerable. El set de equipos a bordo de DEMETER proporcionan la más completa información relacionada con la actividad ionosférica-sísmica, validando el modelo que en este blog está siendo planteado. La extensión de la red GPS (GPS extended) con el propósito de observar las variaciones ionosféricas que afectan la comunicación satelital podrían entregar, de manera transversal, una importante herramienta para el monitoreo «realtime» de las condiciones de la ionosfera, proporcionando una importante herramienta predictiva de eventos sísmicos. Muchos investigadores basan sus observaciones en estos parámetros, entregando sorprendentes resultados. El desafío es, entonces, vigilar el comportamiento ionosférico en busca de pistas que permitan pronosticar con anticipación un movimiento telúrico.

Astro – Club de Astronomía

Referencias y Lectura Recomendada

Observations of ULF/ELF anomalies detected by DEMETER – S. Battachayra:

http://nopr.niscair.res.in/bitstream/123456789/4700/1/IJRSP%2036(2)%20103-113.pdf

Electron and ion density variations before strong earthquakes – M Akhoondzadeh

http://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/10/7/2010/nhess-10-7-2010.pdf

Variations of ionosphere total electron content during the Chi-Chi Earthquake – J.Y. Liu

http://www.stat.ncu.edu.tw/teacher/YIChen/Precursors%20paper/P3.pdf

Ionospheric total electron content variations observed before earthquakes – A.A. Namgaladze

http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0905/0905.3313.pdf

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