Mediciones de temperatura rápidas y localizadas durante terremotos o procesos de vulcanología

02/11/2021

Parque Científico Universidad Carlos III de Madrid - Leganés Tecnológico

Investigación de la Universidad Carlos III de Madrid

El grupo de investigación de Displays y Aplicaciones Fotónicas de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) ha desarrollado un instrumento de medida para estudiar los incrementos de temperatura que se producen en las erupciones volcánicas.  Esta investigación permite realizar las primeras mediciones de temperatura in situ mediante una máquina de laboratorio que simula estos procesos volcánicos. Las mediciones que puede realizar tienen suficiente resolución espacial y temporal para proporcionar información sobre la mecánica de deslizamiento de una falla sísmica.  Hasta la fecha, ninguna técnica experimental había resultado eficaz para medir la temperatura en el mismo sitio en el que se produce la erupción.

La comprensión de la física de los terremotos o procesos de vulcanología se ve obstaculizada por el escaso conocimiento sobre la resistencia de las fallas y la evolución de su temperatura durante un deslizamiento sísmico. Cuando se produce uno de estos fenómenos, la energía se irradia como ondas elásticas debido al desequilibrio entre la energía liberada alrededor de la falla y la disipada dentro de esta. Esto ocurre porque la disminución de la resistencia de la roca es más rápida que la caída de la tensión a la que está sometida alrededor de la falla.

Los experimentos de laboratorio utilizados para este estudio, parcialmente desarrollados en el Instituto de Vulcanología de Roma, reproducen tanto la evolución de la resistencia al corte en un punto de una falla, como la propagación de la ruptura sísmica a escala temporal y espacial.

Esto proporciona información sobre los procesos de deformación que controlan la mecánica sísmica. “Somos capaces de ir a medir justo en el punto donde se está produciendo ese fenómeno. Además, podemos determinar el incremento de temperatura en zonas muy pequeñas, cosa que tampoco sería posible con otras técnicas. Las que hemos utilizado en esta investigación aguantan situaciones extremas y temperaturas por encima de los 1.200 grados”, señala Carmen Vázquez, profesora del Departamento de Tecnología Electrónica de la UC3M y una de las investigadoras de este estudio.

Mediante el uso de fibra óptica se ha medido la temperatura que se puede producir entre dos fallas tectónicas durante un terremoto porque esta técnica permite medir en un entorno de difícil acceso.

Además, es una tecnología económica  y permite realizar mediciones a distancia. “Lo que tenemos son dos piedras y en una realizamos un orificio para introducir la fibra óptica por ella y medir así la temperatura en la superficie de contacto entre ambas. Lo que hace es simular un ensayo sísmico, es decir, lo que puede ocurrir en un terremoto o en un proceso de vulcanología”, apunta Arántzazu Núñez-Cascajero, doctora contratada Juan de la Cierva del Departamento de Tecnología Electrónica de la UC3M e investigadora del proyecto.

La técnica utilizada para este estudio también es de utilidad en otros sectores industriales. “Se podría aplicar en procesos de mecanizado industrial donde se produce una fricción entre dos materiales con incrementos de temperatura muy altos. Permitiría conocer si el proceso de mecanizado es adecuado y, por tanto, si se está deteriorando mucho la pieza o va a haber roturas posteriores”, concluye Carmen Vázquez.

Referencia bibliográfica: Aretusini, S., Núñez-Cascajero, A., Spagnuolo, E., Tapetado, A., Vázquez, C., & Di Toro, G.(2021).  Fast and localized temperature measurements during simulated earthquakes in carbonate rocks. Geophysical Research Letters, 48(9). https://doi.org/10.1029/2020GL091856

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