Canarias investiga cómo escuchar el océano con cables de fibra óptica

Los cables submarinos de fibra óptica que conectan continentes y transportan buena parte de las comunicaciones mundiales pueden desempeñar una función inesperada: escuchar el océano. Una tecnología conocida como detección acústica distribuida (DAS) permite aprovechar estas infraestructuras para registrar vibraciones submarinas, detectar terremotos, estudiar la actividad de los animales marinos y obtener información sobre procesos que ocurren bajo el agua.

En Gran Canaria, investigadores de la Plataforma Oceánica de Canarias (Plocan), la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria y la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU) trabajan en el desarrollo de esta tecnología. Entre ellos se encuentra John R. Potter, profesor especializado en acústica submarina, que considera que los avances podrían transformar la observación de los océanos y contribuir a su conservación.

La propuesta tiene una ventaja considerable: utilizar cables que llevan décadas instalados en el fondo del mar, sin necesidad de desplegar una red completamente nueva de sensores. Con equipos especializados, determinados tramos de fibra óptica pueden convertirse en instrumentos científicos capaces de registrar fenómenos que hasta hace poco resultaban difíciles de observar.

Los resultados obtenidos por esta tecnología en distintos proyectos de investigación son prometedores. Sin embargo, todavía quedan cuestiones técnicas por resolver y aplicaciones por desarrollar. El desafío consiste en convertir una infraestructura diseñada para transmitir información en una herramienta que ayude a comprender mejor el comportamiento del planeta.

Cómo funcionan los cables submarinos que permiten escuchar el océano

La tecnología se denomina Distributed Acoustic Sensing (DAS), traducida al español como detección acústica distribuida. Su funcionamiento aprovecha una propiedad física de la fibra óptica: las pequeñas deformaciones que experimenta el cable pueden modificar la propagación de la luz en su interior.

En condiciones habituales, estos cables transmiten datos mediante señales luminosas. Con un dispositivo específico es posible analizar las alteraciones que se producen en la fibra cuando recibe vibraciones procedentes del entorno.

Esas perturbaciones pueden estar relacionadas con movimientos sísmicos, corrientes, oleaje, embarcaciones o sonidos emitidos por animales marinos.

La tecnología no convierte literalmente los cables en micrófonos convencionales. Lo que registra son cambios físicos en la fibra óptica que, mediante su procesamiento, permiten identificar determinadas señales acústicas y movimientos del medio submarino.

Un dispositivo convierte la fibra óptica en miles de sensores

El elemento fundamental del sistema es un aparato denominado interrogador óptico, conectado a uno de los extremos de la fibra.

Este dispositivo envía pulsos de luz láser por el cable y analiza la señal que regresa. Las variaciones detectadas permiten conocer las deformaciones experimentadas a lo largo de distintos puntos del recorrido.

De esta manera, una sola fibra puede funcionar como una sucesión de miles de sensores distribuidos a lo largo de decenas de kilómetros, dependiendo de las características de la instalación y del equipo utilizado.

La principal ventaja es que no hace falta colocar un instrumento independiente en cada punto de medición. Una infraestructura existente puede proporcionar información continua sobre una zona relativamente extensa del fondo marino.

Detectar terremotos, vigilar barcos y estudiar ballenas

Las aplicaciones de la detección acústica distribuida van más allá de registrar sonidos submarinos. Una de las posibilidades mejor estudiadas es la detección de terremotos, especialmente en regiones oceánicas donde instalar y mantener estaciones sísmicas resulta complicado.

Las ondas sísmicas provocan deformaciones que pueden registrarse en los cables. Analizar estas señales permite complementar las observaciones realizadas con sismómetros tradicionales y ampliar la información disponible sobre determinados movimientos de la corteza terrestre.

España ya cuenta con experiencias en este terreno. El Instituto Geográfico Nacional (IGN) investiga esta tecnología desde 2020 para mejorar la vigilancia sísmica y estudiar su posible aplicación a la detección de tsunamis.

Uno de sus experimentos se realizó en septiembre de 2020 sobre un cable submarino entre Valencia y Mallorca. Durante 14 días se analizaron 50 kilómetros de fibra óptica mediante aproximadamente 3.000 puntos de medición. La experiencia demostró las posibilidades de utilizar cables de telecomunicaciones como instrumentos de observación sísmica.

Otra aplicación especialmente interesante es el seguimiento del tráfico marítimo. Las vibraciones producidas por las embarcaciones pueden dejar señales identificables en la fibra, lo que abre nuevas posibilidades para estudiar sus movimientos y la contaminación acústica submarina.

Pero quizá una de las aplicaciones más relevantes desde el punto de vista ambiental sea la observación de cetáceos.

Las ballenas y los delfines dependen del sonido para comunicarse, orientarse y desarrollar buena parte de sus actividades. Algunas vocalizaciones pueden propagarse a grandes distancias bajo el agua, aunque su detección depende de numerosos factores ambientales.

Los cables submarinos podrían ayudar a registrar estas señales, estudiar la presencia de determinadas especies y conocer mejor sus desplazamientos.

Potter considera que la comunicación de los mamíferos marinos puede contener una complejidad mucho mayor de la que conocemos. La tecnología DAS ofrece una vía para investigar esa posibilidad, aunque captar vocalizaciones no equivale a comprender automáticamente su significado.

Por qué Canarias puede convertirse en un laboratorio oceánico

El archipiélago canario reúne características especialmente favorables para investigar estas aplicaciones.

Su posición en el Atlántico, la diversidad de sus ecosistemas y la presencia de numerosas especies de cetáceos permiten estudiar fenómenos naturales junto a actividades humanas que afectan directamente al medio marino.

Las aguas del archipiélago también registran un importante tráfico marítimo, con rutas comerciales, ferris y otras embarcaciones que generan ruido submarino.

Esta combinación constituye un escenario interesante para analizar cómo interactúan las distintas fuentes acústicas y qué consecuencias pueden tener sobre los animales que habitan estas aguas.

La Plataforma Oceánica de Canarias (Plocan) cuenta con experiencia en observación del medio marino y desarrollo de tecnologías científicas. La colaboración con la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria y especialistas internacionales permite explorar nuevas posibilidades para aprovechar las infraestructuras submarinas.

Durante su estancia de investigación en Gran Canaria, John R. Potter trabaja con estos equipos en el desarrollo de la detección acústica distribuida.

El investigador considera que Canarias ocupa una posición estratégica para impulsar esta tecnología por la combinación de biodiversidad, instalaciones científicas, infraestructura tecnológica y actividad marítima.

La investigación podría contribuir a mejorar el conocimiento de los ecosistemas marinos y facilitar la evaluación de medidas destinadas a protegerlos.

Los límites de una tecnología que todavía está evolucionando

Aunque la posibilidad de utilizar los cables submarinos como sensores resulta atractiva, existen limitaciones importantes.

No todos los cables de telecomunicaciones pueden adaptarse directamente a un sistema DAS. Es necesario disponer de acceso adecuado a la fibra y de equipos compatibles, además de garantizar que las mediciones no interfieran con el servicio de comunicaciones.

También influye la manera en que está instalado el cable. Su contacto con el fondo marino, el tipo de protección que incorpora, su orientación y las condiciones ambientales pueden modificar considerablemente la calidad de los registros.

Otro aspecto fundamental es el alcance de las mediciones. Que exista una conexión submarina entre dos continentes no significa que todo su recorrido pueda utilizarse automáticamente como un sensor acústico continuo.

La detección acústica distribuida convencional presenta limitaciones de distancia y sensibilidad. Existen otras técnicas de observación mediante fibra óptica que permiten trabajar con recorridos más largos, aunque proporcionan información diferente.

El sistema también genera enormes cantidades de información. Su procesamiento exige herramientas capaces de distinguir entre señales relevantes, ruido ambiental e interferencias.

En definitiva, no basta con conectar un aparato a cualquier cable. La utilidad científica depende de las características de la instalación, la tecnología empleada y la interpretación de las mediciones.

Una herramienta para conocer y proteger mejor los océanos

El interés por estas investigaciones responde a una realidad conocida: buena parte del océano continúa insuficientemente explorada y observada.

Conocer cómo cambian sus condiciones físicas, dónde se encuentran determinadas especies y de qué manera afectan las actividades humanas al medio marino resulta fundamental para diseñar políticas de conservación.

La contaminación acústica submarina constituye una preocupación creciente. El transporte marítimo y determinadas actividades industriales introducen sonidos que pueden interferir en el comportamiento de especies que utilizan señales acústicas para comunicarse o localizar alimento.

Disponer de registros más amplios y continuos ayudaría a estudiar estos efectos y a identificar las zonas donde conviene adoptar medidas de protección.

La detección acústica distribuida también podría aportar información útil para investigaciones relacionadas con los cambios ambientales, los movimientos del fondo oceánico y determinados procesos físicos vinculados al comportamiento del mar.

No sustituiría a todos los instrumentos científicos existentes. Su principal aportación sería complementar los sistemas tradicionales de observación y permitir mediciones en lugares donde resulta complicado mantener sensores independientes.

El trabajo que se desarrolla en Canarias forma parte de esa evolución. Aprovechar las redes de fibra óptica ya instaladas podría ampliar considerablemente la capacidad de observación de los océanos sin depender exclusivamente de nuevas infraestructuras.

Todavía es necesario demostrar qué aplicaciones pueden utilizarse de forma continuada y con qué precisión. Pero el avance plantea una posibilidad importante: que los mismos cables que permiten comunicarse a millones de personas ayuden también a comprender y proteger la vida submarina.