Cette semaine, après avoir quitté la zone de Panama nous avons navigué en direction de l’Equateur en passant sur la plaque Nazca. Nous sommes enfin sur les côtes équatoriennes !
Nous avons mis 2 jours pour arriver sur la zone de recherche. Nous pouvons enfin commencer notre étude.

Que se passe-t-il en Équateur ?

L'Équateur est situé dans la ceinture de feu du Pacifique. La ceinture de feu désigne un alignement de volcans bordant l’océan Pacifique.

Ce volcanisme s’explique par la présence de zones de subduction tout autour du Pacifique. C’est aussi dans cette région qu’ont lieu les plus forts séismes au monde.
Au large de l’Équateur, cette forte activité sismique et volcanique est due à la subduction de la plaque Nazca sous la plaque sud-américaine.

Depuis le début du XXième siècle, L’Equateur a connu 5 méga-séismes (séismes de magnitude supérieur à 7.5) :

• 1906, Mw=8,8
• 1942, Mw=7,8
• 1958, Mw=7,7
• 1979, Mw=8.1
• 2016, Mw=7,8

Les séismes de 1906, 1958 et 1979 ont aussi été responsable de tsunamis, qui ont affecté les habitants de la côte.

De nos jours, nous mesurons les mouvements du sol liés au mouvement de plaques tectoniques avec une très grande précision (de l'ordre du millimètre) avec le système GPS, un réseau de satellite. Le GPS a montré que la plaque qui plonge (plaque Nazca) et la plaque supérieure (plaque sud-américaine) ne glisse pas l’une sous l’autre facilement, des frottements se créent. A certains endroits, les plaques coincent et se déforment, accumulant de l’énergie. Il y a une limite de déformation et lorsqu'elle est dépassée, il y a une rupture brutale des roches (d'une durée de quelques secondes) le long d’une faille qui libère l’énergie accumulée : c’est le tremblement de terre.

En Équateur, on observe aussi des mouvements très lents sur cette faille qui crée les méga-séismes. Ce sont des « séismes lents » qui peuvent durer de quelques jours, à quelques mois et même quelques années. Ces séismes lents libèrent de l'énergie comme un séisme normal mais très lentement et il ne produit donc pas de tremblements de terre, ils ne sont pas ressentis par la population.
Pour le moment, les scientifiques ne savent pas pourquoi sur une même faille il y a des méga-séismes destructeurs et « des séismes lents ». On pense que la présence d’eau le long de la faille pourrait être responsable.

Nous allons faire une échographie de la faille pour voir si on y voit de l’eau et si celle-ci est si importante dans la genèse d’un séisme. Pour cela, on utilise des méthodes de géophysiques marines. Comme pour une radiographie où l’on envoie des ondes, par exemple, à travers le bras pour voir où l’os est cassé, nous allons envoyer des ondes grâce à des canons à air à travers la lithosphère et voir sa structure.

Une équipe scientifique en pleine préparation :

Le navire est équipé d’une salle de réunion et d’une salle informatique où les scientifiques peuvent travailler. Nous appelons ce dernier le PC Sciences. Cette salle est équipée d’ordinateurs, d’imprimantes. Des écrans permettent de voir ce qui se passe du côté des manœuvres scientifiques et de connaître toutes les informations relatives au déplacement du navire : sa vitesse, sa position GPS, la température de l’eau, le cap, … et à l’acquisition des données. Cette salle est juste à côté de la passerelle et permet aux scientifiques de communiquer rapidement avec l’officier qui dirige le navire en cas de problèmes.
C’est dans cette salle que la cheffe de mission passe son temps à tout organiser.

Toute l’équipe est maintenant en train de planifier la mise à l’eau des instruments. Les scientifiques viennent d’apprendre la création d’une aire marine protégée dans la zone d’étude et doivent modifier leur plan pour la mise à l’eau de certains instruments. Ils doivent aussi discuter avec les sédentaires pour mettre en marche tous les instruments de mesure dont ils auront besoin.

Deux niveaux plus bas, nous sommes dans les laboratoires dits humides car ils se situent au niveau de l’eau et permettent d’avoir un accès direct à la mer. C’est dans ces laboratoires que les quatre ingénieurs en charge des sismomètres fond de mer (OBS) travaillent. Ils testent les instruments et les préparent pour leur mise à l’eau.

Qu’est-ce qu’un OBS ?

Les OBS (acronyme de Ocean Bottom Seismometers), les instruments principalement utilisés pendant notre mission, sont des sismomètres fond de mer. Ce sont des instruments marinisés qui se déposent sur le fond des océans et enregistrent des signaux générés soit artificiellement soit naturellement. Ils enregistrent les séismes comme un sismomètre terrestre. Mais ils enregistrent beaucoup plus de choses comme la houle, les bateaux qui passent et même certains mammifères marins.
Ils sont maintenus au fond de la mer par un lest, et peuvent rester plusieurs jours au fond.

Zut ! Un problème sur un OBS. Pas de souci, Pascal est là pour le réparer. Il a ouvert l’instrument et cherche l’origine de la panne. On en a profité pour voir à quoi cela ressemble à l’intérieur. Tous les scientifiques sont aussi venus voir.

Durant 2 jours et 2 nuits, 40 OBS ont été déployé sur la zone d’étude, représenté par une grille, c’est pour cela que vous voyez l’Atalante zigzaguer au large de l’Équateur.

Maintenant, pendant une durée de 12 jours, des canons à air vont envoyer des ondes acoustiques, qui après s’être propagées dans la lithosphère seront enregistrées par les OBS. Nous verrons cela en détail la semaine prochaine !

Bravo aux élèves de ces deux établissements pour leurs réponses intéressantes et originales !

- La Maison d'Education de la Légion d'honneur de Saint-Denis

- Le Collège Suze Angely de Guadeloupe

Et voici ci-dessous un complément à l'énigme 3 pour en savoir plus sur le travail avec les OBS:

D'après l'IFREMER: la sismique réfraction.

4e rendez-vous !

La semaine dernière nous vous avons expliqué que nous avons disposé des OBS dans la mer, cependant ce n’est pas le seul endroit où nous avons déployé des sismomètres.

Sur la côte des collègues équatoriens et allemands ont aussi installés des stations sismologiques pour enregistrer les ondes créées par l’Atalante. Ils en ont installé une centaine.

Un autre groupe de collègues équatoriens et américains a installé 500 mini-sismomètres. Ils sont petits et rapides à installer.

Cette semaine, après avoir mis tous les OBS à l’eau, les sédentaires et les marins ont procédé à l’installation de canons qui vont permettre de créer des ondes pour imager la lithosphère sous les océans. Lorsque les canons envoient des ondes dans l’eau, on dit qu’ils tirent. En fait, ils envoient une bulle d’air sous pression qui en explosant créée une onde qui va ensuite se propager dans toutes les directions. Tous les canons ne tirent pas en même temps, quelques millisecondes de décalage pour leur déclenchement permettent de créer des ondes plus puissantes. Ils sont au nombre de 16, répartis sur deux bandes flottantes, accrochées à l’arrière du Navire.

Salomé est allée au plus près de l’action, filmer les manœuvres des marins et des sédentaires pour la mise à l’eau des canons. Elle a dû s’habiller comme les marins : chaussures de sécurité, casques, et gilet de sauvetage. Mais Salomé, tu as oublié le casque anti-bruit ! Car des compresseurs à l’arrière du navire permettent d’envoyer l’air dans les canons et ils sont très bruyant.

Le PAM a été installé en même temps que les canons ;
Le PAM (Passive Acoustic Monitoring (PAM) Operators) est une machine qui permet aux MMO de vérifier s’il n’y a pas de mammifères marins à proximité des tirs. C’est un système d’écoute placé dans l’eau qui retransmet au moniteurs les sons rencontrés.
Il y a des zones d’exclusion pour certaines espèces, c’est-à-dire si une espèce se trouve à une certaine distance du bateau, pour ne pas la déranger nous devons arrêter les tirs des canons.
Par exemple si une tortue se trouve à moins de 100 m du bateau ou encore une baleine à moins de 500 m.
Nous vous invitons à consulter notre onglet « mammifères marins » pour en savoir plus sur le travail des MMO ainsi que sur les mammifères que nous avons déjà rencontrés au cours de notre périple !

Alors que nos scientifiques se réunissent pour converser au sujet d’un article scientifique, tout ne se passe pas comme prévu du côté des canons. Les marins prennent le zodiac, c’est un petit bateau pour les opérations courtes et urgentes, pour aller démêler une ligne de canons et le PAM.

Les données de l’heure et la position des tirs sont transmises aux sédentaires. Depuis leur bureau, ils dirigent et contrôlent les canons grâce aux données affichées sur leurs écrans.

Les canons à air permettent d’envoyer des ondes dans l’eau, puis dans les différentes couches de roches qui forment la croûte et le manteau supérieure (lignes jaunes). Ces ondes sont réfractées ou réfléchies dans les différentes couches (lignes blanches en pointillés et sont enregistrés par les sismomètres fond de mer (triangle noir). Le temps que mettent ces ondes pour se propager, nous donne des indications sur la forme et la nature des couches. Par exemple, la présence d’eau dans la lithosphère ralentit fortement la propagation de ces ondes. C’est comme cela qu’on espère identifier la présence d’eau sur la faille et essayer de déterminer son rôle lors d’un séisme.
Les canons envoient des ondes tous les 150 mètres, cette distance est calculée pour que les ondes s’étant propagées le plus profondément arrivent à l’OBS avant le tir suivant.

La semaine dernière nous vous avons dit que nous acquérons d’autres données avec le navire et notamment la bathymétrie.

L’Atalante est équipée de deux sondeurs dits multifaisceaux. Ces instruments sont placés, à l’avant, sous la coque du navire sur ce qu’on appelle la gondole.
Plusieurs signaux acoustiques sont envoyés dans un faisceau perpendiculaire au navire (voir image ci-dessous). Ces signaux sont réfléchis par le fond marin et reviennent vers le navire. Le temps qu’ils mettent à faire le trajet est enregistré par le navire.

En connaissant la vitesse de ces signaux acoustiques dans l’eau, nous connaissons la profondeur d’eau et donc la bathymétrie (topographie du fond des océans).
La vitesse de propagation des ondes dans l’eau dépend de la température et de la salinité (quantité de sel dans l’eau). Pour connaître la vitesse des ondes dans l’eau, on envoie régulièrement des sondes qui mesurent la température de l’eau jusqu’à environ 2000 m de profondeur. Ensuite une base de données mondiale permet d’estimer la température à plus grande profondeur, la salinité et ensuite d’estimer la vitesse.

La vitesse de propagation des ondes varie beaucoup dans les premiers 1000 mètres de profondeur mais en moyenne, nous considérons qu’elle est de 1500 m/s.

Grâce à ces sondeurs, nous avons imagé des volcans sous-marins. Vous vous souvenez, ceux qui sont sur la plaque Nazca, à l’ouest de notre réseau de sismomètres fond de mer. Ceux-ci ne sont pas actifs, ils se sont formés il y a plusieurs millions d’années.

Alors que les scientifiques travaillent, de drôles d’interférences viennent troubler l’écran du bateau !

C’est un groupe de frégates, volatiles marins qui décident de nous accompagner dans notre mission.

Maintenant que les canons sont à l’eau, ils vont envoyer des ondes acoustiques sur les OBS pendant 12 jours avant de les remonter pour en extraire les données, ce dont nous parlerons la semaine prochaine.

Encore bravo aux élèves pour leurs réponses bien complètes pour l'énigme 4 !

Rendez-vous sans plus attendre pour l'énigme 5 !

5e rendez-vous !

Cette semaine, lorsque les canons à air ont terminé de tirer, nous avons commencé à récupérer les OBS que nous avions disposés dans la mer. Cela nous aura pris en tout 2 jours pour récupérer les 45 OBS que nous avions mis à l’eau 12 jours plus tôt.

Pour les faire remonter à la surface, on envoie un signal sonore codé de haute fréquence (aigu comme vous pouvez l’entendre dans la vidéo) dans l’eau. Lorsque l’OBS le reçoit et reconnaît le code, il va se décrocher de son lest pour revenir à la surface, où il est alors repêché par les marins de l’Atalante.
Les lests sont laissés dans l’eau, mais pas de panique ! Ils sont en fer, ils vont donc se dégrader naturellement.

Le 26 mars à 23h30 (heure locale), un séisme de magnitude 5.8 a eu lieu au large d’Esmeraldas. Plusieurs maisons ont été détruites à Esmeraldas et le séisme a été ressenti jusqu’à Guayaquil.

Nous venions juste de terminer les tirs des canons à air sur la grille 3D des OBS au sud et nous avons décidé de vite retourner au nord pour ajouter 3 OBS qui permettront d’enregistrer les répliques (séismes qui arrivent après un fort séisme et qui ont une magnitude plus faible que celle du séisme principal). Nous avons aussi laissé à l’eau 3 OBS de notre grille 3D. Moins de 24h après le séisme, nous avons en place un réseau de sismomètres à terre et en mer pour étudier ce séisme qui a eu lieu sur la faille de subduction à 25 km de profondeur. Nous reprendrons ces OBS à la fin de notre étude, en partant. Une occasion unique de regarder comment se comporte la sismicité après un séisme.

Le séisme principal a été enregistré par tous les OBS qui étaient au fond de l’eau à ce moment.

Comme nous vous l’avions montré la semaine dernière, notre périple ne se limite pas à l’acquisition de données des OBS et nous acquérons en permanence des données bathymétriques.
Grâce à ces données, nous avons aussi vu sortir des fluides du fond de l’océan. Ces fluides qui s’échappent ont une température élevée et brouillent notre faisceau bathymétrique. On voit comme des panaches sur l’image du faisceau bathymétrique.

Nous qui cherchons à déterminer le rôle de l’eau, nous étions excités à la vue de ces sorties de fluides sachant que ceux-ci pourraient venir de la faille de subduction en profondeur. Malheureusement, il faudra attendre la prochaine mission pour savoir d’où viennent ces fluides et si c’est vraiment de l’eau.

A bord de l’Atalante, il y a aussi un gravimètre, c’est un instrument qui permet de mesurer l’intensité de la pesanteur d’un endroit. Il est placé au centre du bateau à l’endroit qui est le plus près du niveau de l’eau. Il est placé sur un cardan, dispositif qui permet à l’appareil de ne pas bouger malgré les mouvements du navire.

Saviez-vous que votre poids est plus important aux pôles qu'à l'équateur ? Avant de comprendre pourquoi, nous devons comprendre ce qu'est le "poids".

Le poids est ce que vous mesurez lorsque vous montez sur une balance. La balance à la maison mesure la force de votre corps qui pousse le sol.

D'où vient cette force ? Vous avez peut-être déjà entendu parler de la force de gravité. Deux objets quelconques sont attirés l'un vers l'autre. Plus l'objet est gros, plus l'attraction est forte. La Terre est très grande, elle crée donc une force très forte qui vous attire vers le centre de la Terre. C'est la force de gravité.

Ton poids est égal à ta masse multipliée par une quantité g, qui dépend de la masse de la Terre et de la distance qui te sépare du centre de la Terre. Si tu pouvais aller sur une autre planète, g aurait une valeur différente. Par exemple, g est plus petit sur la Lune. C'est pourquoi les astronautes sur la Lune ont l'air d’être léger en marchant.

Revenons donc à notre question. Pourquoi votre poids est-il plus important aux pôles ? C'est parce que g est plus grand. La Terre n'est pas une sphère parfaite. Elle a plutôt la forme d'une boule qui a été un peu écrasée aux pôles. Les pôles sont plus proches du centre de la Terre que l'équateur. Souviens-toi que g dépend de la proximité du centre de la Terre. Aux pôles, tu es un peu plus près et g est plus grand. À l'équateur, vous êtes un peu plus loin et g est plus petit.

De combien votre poids change-t-il ? La différence est très faible. Mon poids à l'équateur est de 80 kg. Aux pôles, je pèserais 80,3 kg, soit 300 g de plus qu'à l'équateur.

Il existe d'autres petites variations de g à la surface de la Terre qui dépendent de la répartition des roches sous nos pieds. Si nous nous trouvons dans un endroit où les roches sont très denses, g sera plus grand, car les roches nous tireront un peu plus vers le bas. Dans les océans, la gravité est un peu plus faible car l'eau est plus légère (moins dense) que les roches et nous attire donc moins fortement.

Nous pouvons utiliser ce fait pour explorer la Terre et déterminer la densité des roches sous l'océan. Au cours de notre expédition, nous mesurons l'accélération de la pesanteur g toutes les deux secondes en traversant la zone d'étude. Nous établissons une carte détaillée de la variation de g.

Les différences sont très faibles, et nos mesures doivent donc être très précises. Voici la carte que nous avons produite. Elle montre des variations qui sont liées à la densité des roches dans cette zone.

Les monts sous-marins (volcans sous-marins éteints) sur cette carte, ont une densité élevée et la gravité est donc un peu plus forte lorsque nous passons au-dessus d'eux. Nous utiliserons la carte de gravité et certaines des autres données que nous collectons pour notamment étudier ces monts sous-marins, dont certains sont déjà entrés en subduction.

Lors de nos pauses, il est fréquent d’aller observer la mer sur la passerelle, ce lieu nous donne une vue inébranlable sur l’horizon, nous avons parfois la chance d’apercevoir le magnifique spectacle de la nature.

6e rendez-vous !

La semaine passée, nous avons donc collecté les OBS de la grille 3D. Cette semaine, nous avons commencé à traiter ces données pour imager la lithosphère grâce à la sismique réfraction.

Vous avez tous vu un arc-en-ciel. On peut voir toutes ses couleurs car la lumière blanche est constituée de la somme des couleurs de l’arc-en-ciel. Lorsqu’il pleut, elle passe à travers les gouttelettes d’eau qui joue le rôle de prisme.

Une partie de la lumière en arrivant sur la face d’un prisme va entrer en étant déviée et en sortir en étant encore déviée. On dit que la lumière est réfractée. Les couleurs ne sont pas toutes déviées du même angle et on peut ainsi toutes les voir à la sortie du prisme.
Une autre partie de la lumière ne va pas réussir à passer dans le prisme, elle va être réfléchie.

Il se passe la même chose pour les ondes qui se propagent dans l’écorce terrestre.
Les explosions créées par les canons à air se propagent à travers la Terre sous forme d’ondes sismiques. Comme pour les ondes lumineuses, les ondes sismiques ont du mal à passer d’un milieu à un autre, c’est pourquoi elles se réfléchissent mais partiellement et une autre partie arrive à passer. Les ondes ont également des vitesses différentes dans différents milieux car chaque milieu a ses propres caractéristiques. Des vitesses différentes dans différentes couches rocheuses donnent lieu à des effets de réfraction qui permettent aux ondes de voyager à travers la Terre depuis nos canons à air jusqu’aux OBS.

À l'aide des principes de base de la physique et de la géométrie, les scientifiques, grâce aux données des OBS, calculent la vitesse des ondes sismiques dans les couches rocheuses, puis utilisent ces informations pour déterminer la profondeur des limites entre les couches et estimer le type de roche qui compose chaque couche, ainsi que son contenu en eau.

On voit des ondes sismiques arriver comme des vagues successives sur la plage. C’est en réalité une image très complexe que seuls les spécialistes de ce genre de données comprennent facilement.

Nous avons continué notre exploration de la lithosphère en déployant les 40 OBS tous les 2 km le long d’une ligne.
La grille d’OBS permet d’avoir une image générale dans une boite de 120 km par 40 km, le déploiement le long d’une ligne permet d’avoir une image plus précise le long de cette ligne. Pour comparer, le déploiement des OBS en grille peut être associée à une sorte de loupe et leur déploiement en ligne à un microscope. Nous avons déployé et récupéré les OBS deux fois. La première ligne a été disposée pour étudier plus précisément la zone où se situent les monts sous-marins et la deuxième, perpendiculaire à la première, pour étudier plus en profondeur la faille de subduction.

En trois jours, nous avons déposé, tiré et récupéré les OBS de la première ligne. Il nous aura fallu seulement 8h pour déposer les 40 OBS. Record battu !!!

Après avoir déployé et tiré sur les OBS de la deuxième ligne, les scientifiques ont décidé d’attendre 2 jours avant de les récupérer. Ces OBS et les stations à terre vont permettre d’enregistrer les séismes de la faille de subduction.
Pendant ce temps, nous avons donc décidé d’acquérir des informations sur les sédiments qui se trouvent au fond des océans.

La plupart des fonds marins des mers et des océans sont recouverts de sédiments, qui se sont lentement déposés au cours de milliers et de millions d'années, formant des couches consécutives qui peuvent avoir plusieurs kilomètres d'épaisseur.
Les sédiments sont constitués de particules rocheuses, de cendres volcaniques et de matériaux très fins appelés « argiles ».

Ce sont des continents et des îles que viennent ces sédiments. Ils fournissent les matériaux qui se déposent au fond des mers et des océans par le biais de trois processus successifs : l’érosion, le transport et la sédimentation.

L’érosion est l'altération et la désintégration des roches et l’usure des sols meubles. Le processus d'érosion est causé par des forces naturelles telles que la pluie, le vent, les glaciers, les rivières, les fleuves et l’action des vagues. Les activités humaines telles que l'agriculture, la déforestation, la construction peuvent accélérer considérablement les processus d'érosion. Notre mode de vie et le réchauffement climatique ont un impact sur l’érosion des continents en l’augmentant ou en le diminuant selon les endroits.

L’érosion crée des particules solides de différentes tailles pouvant aller du rocher à des particules très fines de taille microscopique. Ces particules sont susceptibles d'être transportées d'un endroit à l'autre par le vent et les courants d'eau. Parmi les moyens de transport, l'eau est probablement le plus important et permet aux particules de parcourir les plus grandes distances en plus grande quantité. Ainsi, lorsque les particules atteignent un cours d'eau, ce dernier transporte les sédiments sur des centaines voire des milliers de kilomètres jusqu'aux mers et aux océans.

On peut parfois observer que les rivières et les fleuves, en particulier ceux dont le débit est élevé ou après un orage à terre, ont une couleur brunâtre. Cette coloration est due à la grande quantité de petites particules en suspension dans l'eau. Lorsque ces rivières viennent rejoindre la mer, leurs eaux ne se mélangent pas immédiatement, si bien que la coloration est visible sur des centaines de kilomètres en mer. C'est exactement ce que nous avons observé lorsque nous sommes passés près de l'embouchure de la rivière Esmeraldas dans l'océan Pacifique.

Une fois que les sédiments atteignent la mer, ils coulent jusqu'à ce qu'ils soient déposés sur le fond marin. Les premières particules à tomber sont les particules les plus grosses et les plus lourdes, les plus petites (particules microscopiques) peuvent rester en suspension dans l'eau, parcourir de longues distances et se déposer loin au large. Lorsque les sédiments atteignent les fonds marins, ils forment des couches d'épaisseur variable, en fonction de la quantité de particules qui entrent dans la mer. Ainsi, lorsqu'il y a des périodes de fortes pluies sur le continent, la quantité de sédiments transportés par les fleuves est plus importante. Ainsi, près des côtes, où les rivières se jettent dans la mer, davantage de sédiments sont déposés et les couches y sont plus épaisses.

Lorsque la plaque océanique Nazca plonge sous la plaque continentale Amérique du Sud, cela ne se fait pas facilement. Il y a des fortes contraintes qui s’appliquent sur les plaques qui les font se déformer. Il arrive que des plis se forment (lors des mouvements lents, les roches peuvent se comporter comme de la pâte à modeler) ou les plaques se brisent formant des failles (si les roches sont plus rigides). Les sédiments qui forment les couches du fond marin seront également déformés par les forces qui affectent la croûte, de sorte que nous pouvons reconnaître grâce à eux la quantité et le type de déformation qui a eu lieu au cours de milliers et de millions d'années.

A bord, nous utilisons un sondeur de sédiment appelés le Chirp pour voir ces sédiments.

Le Chirp est un échosondeur vertical, qui émet des ondes pouvant pénétrer à un peu plus de 100 m de profondeur dans les sédiments fins, et permet de voir des détails de moins d'un mètre. Cette technique permet de détecter les différentes couches de sédiments et est très utile pour visualiser les processus de dépôt des sédiments et leur déformation.

Nous avons passé deux jours entiers à entendre les bruits répétitifs du Chirp dans tout le bateau :

Il arrive malheureusement que parfois nous ne voyons pas les filets de pêches et les palangres à temps, et malheureusement nous passons au travers.
C’est comme cela que cette semaine, nous avons libéré des Mahi-Mahi coincés dedans, ce poisson aux superbes couleurs !

Esta semana después de haber dejado la zona de Panamá, navegamos en dirección del Ecuador pasando sobre la placa Nazca. Entonces ya nos encontramos cerca de las costas ecuatorianas!
Nos tomó 2 días para llegar a la zona del estudio, pudiendo comenzar nuestra investigación.

Entonces, qué pasa en el Ecuador?

Por su posición geográfica, el Ecuador se encuentra dentro del Cinturón de Fuego del Pacífico. La historia cuenta de la ocurrencia de grandes terremotos y fuertes erupciones volcánicas que han afectado al Ecuador y los países vecinos. La alta actividad sísmica y volcánica se debe a la subducción de la placa tectónica de Nazca bajo la placa tectónica Sudamericana.

Concentrándonos en la zona costera (Ecuador y sur de Colombia), esta ha sido el escenario de la ocurrencia de 5 mega-terremotos (terremotos de muy fuerte magnitud) desde 1900:

• 1906, Mw=8,8 (terremoto + tsunami)
• 1942, Mw=7,8 (terremoto)
• 1958, Mw=7,7 (terremoto + tsunami)
• 1979, Mw=8.1 (terremoto + tsunami)
• 2016, Mw=7,8 (terremoto)

En la actualidad se puede hacer medidas del movimiento del suelo (ligado a los movimientos de las placas tectónicas) con muy alta precisión (al nivel de ~1 milímetro) usando unos instrumentos llamados GPS. Los GPS han dado información de que bajo el mar, se tiene un grado alto de rozamiento entre la placa que subduce y la placa superior. A través de los GPS, se ha observado que en esos lugares, las placas se deforman, como se deforma un resorte sometido a presión. Las rocas tienen un límite de deformación y cuando sobrepasan ese límite, se tiene un movimiento súbito (dura pocos segundos) a través de una falla y se genera un terremoto. Por el contrario, en otras ocasiones sobre la falla se puede producir un movimiento muy lento (con duraciones de días, meses e inclusos años), el cual libera energía muy lentamente y no produce grandes terremotos. Al momento, los científicos no saben por qué en algunas ocasiones se producen grandes y destructivos terremotos, y en otras no. Se cree que la existencia de fluidos (agua) en la falla podría ser la responsable de esta gran diferencia.

Queremos hacer una forma de ecografía para conocer si hay o no fluidos en la falla y si es responsable de los terremotos. Entonces, se usan barcos que tienen instrumentos para hacer medidas del fondo y del subsuelo marino llevando a cabo estudios de geofísica marina. Ahora se estamos realizando este tipo de estudios sobre el barco de bandera francesa El Atalante. Como se hace para una radiografía cuando se manda ondas a través un brazo para ver un hueso roto, nosotros, usando un cañón de aire arrastrado en el agua por el barco, mandamos ondas a través la litosfera con el fin de ver su estructura.

La preparación:

El navío está equipado de una sala de reunión y de una sala de computación donde los científicos pueden trabajar. A este último se lo llama “PC de Ciencias”. Esta sala está equipada con computadores e impresoras. Las pantallas muestran todos los datos referentes a los trabajos científicos y toda la información concerniente a la navegación del barco: la velocidad, la posición GPS, la temperatura del agua, el cap, … además de la adquisición de datos. Esta sala está justo al lado del cuarto de mando y permite a los científicos de tener comunicación permanente con los oficiales que conducen el navío, en caso de presentarse algún problema. Es justamente donde la jefa de la misión pasa la mayor parte del tiempo, organizando todo.
Todo el equipo está planificando la puesta en el agua de la instrumentación. Por ejemplo, en este momento los científicos reciben información de la creación reciente de un área marina y deben modificar los planes para la instalación de ciertos instrumentos.

Nuestros científicos preparándose para poner en marcha la instrumentación que permitirá obtener la batimetría. Eso lo veremos con más detalle en las próximas semanas.

Bajando dos niveles (en el barco) nos encontramos en los laboratorios de húmedos, por lo que se encuentra a nivel del agua y permite tener acceso al mar. En este laboratorio los cuatro ingenieros encargados de los sismómetros de fondo marino (OBS) trabajan. Ellos prueban y calibran los instrumentos para lanzarlos al agua.

Qué es un OBS?

Los OBS (acrónimo de Ocean Botton Seismometers), son los equipos principales utilizados en nuestra misión; son sismómetros de fondo marino. Estos son instrumentos de uso marino que se colocan en el fondo de los océanos y registran las señales (vibraciones), sean estas de origen natural o artificial. Registran los sismos al igual que los hacen los sismómetros en tierra. Sin embargo, también graban otras cosas adicionales como el ruido de las olas, de los barcos que pasan e inclusos los sonidos que producen ciertos mamíferos marinos.
Permanecen en el fondo marino gracias a que están anclados a un peso (lest) y pueden permanecer en el fondo del mar por varios días.

No entienden bien nuestro video? Imagínate un poco de ruido a bordo del barco.

Ups! Un problema sobre un OBS. No hay problema, Pascal está aquí para repararlo. El abrió el equipo y busca el origen del daño. Nosotros aprovechamos para ver que tiene en el interior. Que novedad!, todos los científicos vinieron a ver.

Pascal, ingeniero en electrónica y computación nos muestra el interior de un OBS. Este OBS presentaba un problema técnico, por lo que lo abrió para repararlo. En la foto: Pascal da una explicación a Michele, quien es un investigador de la Universidad Imperial de Londres.

Al interior del OBS, todo es compacto. Todo está hecho para que exista el menor consumo de energía posible y permanezca el mayor tiempo posible debajo del agua.

Durante 2 días y 2 noches, se instalaron 40 OBS en la zona de estudio, representada por una grilla, y es por esto que ustedes pueden ver zigzagueante la ruta del Atalante.

Mapas de la región con la geometría de la campaña, los puntos amarillos representan las zonas en las que se depositarán los OBS. Los que se pusieron a mayor profundidad alcanzan los 3750 metros de profundidad.

Por una duración de 12 días, cañones de aire (llevados por el barco), generan y envían ondas acústicas que después de propagarse por la litósfera, serán registradas por los OBS. Esto se verá con más detalle la próxima semana!

Y aquí hay un suplemento al Acertijo 3 para aprender más sobre el trabajo con la OBS:

Según el IFREMER: refracción sísmica.

¡Cuarta reunión!

La semana anterior, les habíamos explicado que habíamos instalado OBS en el fondo del mar, sin embargo no es el único sitio en que hemos puesto sismómetros.

Sobre la Costa, colegas ecuatorianos y alemanes también instalaron estaciones sísmicas. Fueron instaladas alrededor de cien.

Otro grupo de colegas ecuatorianos y estado-unidenses instalaron 500 nodos, que son sismómetros pequeños y de rápida instalación.

Esta semana, luego del despliegue de todos los OBS en el fondo del océano, los técnicos y marinos procedieron a la instalación de cañones de aire los cuales son los encargados de generar ondas que permitirán realizar una tomografía de la litosfera bajo el océano. Cada envío de ondas bajo el agua se llama un disparo. De hecho lo que se hace, es que se genera una explosión que produce una burbuja de aire comprimido que se expande creando una onda que se propaga en todas las direcciones. Los cañones no disparan al mismo tiempo, algunos milisegundos de diferencia entre ellos permiten crear una onda más potente. Son en total 16, repartidos sobre dos bandas flotantes adheridas a la parte posterior del barco.

Salomé fue muy cerca de la zona de acción para filmar las maniobras de puesta en el agua de los cañones por parte de los marinos y los técnicos. Ella debió llevar equipo de protección como los marinos: zapatos de seguridad, casco y chaleco salvavidas. Pero Salomé, tú has olvidado las orejeras antiruido! Ya que los compresores, de la parte trasera del barco que alimenta a los cañones de aire, son muy ruidosos.

La PAM se instaló el mismo momento que los cañones;
La PAM (Operador de monitoreo acústico pasivo), es una máquina que permite a los observadores de mamíferos marinos (MMO) verificar la “no” presencia de mamíferos en las proximidades de la zona de disparo. Es un sistema de escucha que se pone en el agua y que transmite los sonidos que va captando a un monitor.
Se han establecido zonas de seguridad para algunas especies, esto quiere decir que si una especie se encuentra a menos de una cierta distancia respecto del barco, se paran los disparos para no molestarlas. Para las tortugas la distancia es de 100 m y para las ballenas de 500 m.
Les invitamos a consultar la pestaña “mamíferos marinos” para saber más sobre el trabajo de los MMO, además de los mamíferos que hemos encontrado dentro de nuestro recorrido.

Mientras el grupo científico se encuentra discutiendo sobre un artículo científico, afuera, con los cañones, las cosas no marchan según lo previsto. Los marinos hacen uso del “zodiac”, que es un bote pequeño para operaciones cortas y de emergencia, con el fin de desenredar uno de los cañones de la línea del PAM.

Los datos de la hora y la posición de los disparos se transmiten a los técnicos. Desde sus puestos de trabajo, ellos dirigen y controlan los cañones gracias a información que se refleja en las pantallas.

Los cañones de aire permiten el envío de ondas a través del agua y posteriormente a través de la diferentes capas de rocas que forman la corteza y el manto superior (líneas amarillas). Estas ondas son refractadas o reflejadas en las diferentes capas (líneas blancas punteadas) y son registradas por los sismómetros de fondo marino (triángulos negros). Los tiempos que las ondas toman para propagarse, dan la información sobre la forma y la naturaleza de las capas.
Por ejemplo, la presencia de agua en la litosfera disminuye fuertemente la velocidad de las ondas. Es de esta manera que esperamos identificar la presencia de fluidos en las fallas y determinar la influencia que tienen en la generación de los sismos.
Los cañones generan ondas cada 150 m, esta distancia se calcula para que las ondas penetren lo más profundamente y arriben a los OBS antes de emitir el siguiente tiro.

La semana pasada les habíamos mencionado que también íbamos a realizar otro tipo de medidas desde el barco y que es notablemente la batimetría.

El Atalante está equipado con dos sondas multihaz. Estos instrumentos se ubican en la parte frontal bajo el casco del barco sobre lo que se llama la góndola.
Varias señales acústicas son enviadas en un haz perpendicular al barco (ver la imágen abajo). Estas señales son reflejadas por el fondo marino y regresan hacia el navío. El tiempo que toma ese trayecto es registrado por el barco.

Si se conoce la velocidad de las señales acústicas en el agua, entonces se tiene la profundidad de la misma y por ende la batimetría (topografía del fondo de los océanos). La velocidad de propagación de las ondas en el agua depende de la temperatura y la salinidad (contenido de sal). Para conocer la velocidad de las ondas en el mar, se envía regularmente sondas que miden la temperatura del agua hasta aproximadamente 2000m de profundidad. Además, una base de datos a nivel mundial permite estimar la temperatura y la salinidad a mayores profundidades, y por ende la velocidad.

En el mar, la velocidad de propagación de las ondas varía mucho en los primeros 1000 metros de profundidad, pero en promedio se considera que es de 1500 m/s.

Gracias a las sondas, se ha definido la existencia de montes (volcanes) submarinos. Se acuerdan, aquellos que están sobre la placa Nazca, al oeste de nuestra red de sismógrafos de fondo marino. Estos volcanes no son activos y se formaron hace varios millones de años.

En el momento en que los científicos trabajan, unas curiosas distracciones vienen a interrumpir las pantallas del barco.

Es un grupo de fragatas, aves marinas que decidieron acompañarnos durante nuestra misión.

Ahora que los cañones están en el agua, estos van a estar enviando ondas acústicas hacia los OBS durante 12 días, antes de su recuperación y extracción de la información. De este tema hablaremos la semana siguiente.

5to encuentro!

Esta semana hemos terminado con los disparos de los cañones de aire y comenzamos a recuperar los OBS que fueron instalados en el fondo del mar. La recolección de los 45 OBS, los cuales fueron instalados 12 días antes, nos tomó 2 días.

Para hacerlos subir a la superficie, se les envía una señal sonora codificada de alta frecuencia (como se ve el video) que atraviesa el agua. Una vez que el OBS recibe la señal y reconoce el código, se libera de su peso para ascender hacia la superficie, donde posteriormente es atrapado por personas de la tripulación del Atalante.
Los pesos, por su parte, se quedan en el fondo marino. No hay que asustarse! Estos son de hierro y se van a ir degradando de manera natural.

El 26 de marzo a las 23h30 (hora local), hubo un sismo de magnitud 5.8 en Esmeraldas. A causa del sismo, varias casas fueron destruidas en Esmeraldas y también fue sentido en Guayaquil.

Como nosotros acabamos de finalizar los disparos con los cañones de aire sobre la malla 3D de los OBS al sur, inmediatamente decidimos dirigirnos al norte para adicionar 3 OBS, que van a permitir registrar las réplicas (sismos que ocurren después de un sismo fuerte y que tienen una magnitud menor que el sismo principal). También se dejaron 3 OBS de la malla 3D. En menos de 24 horas después del sismo, ya contamos con una red de sismógrafos en tierra y mar para posteriormente estudiar este sismo que tuvo su origen en la interfaz a 25km de profundidad. Estos OBS serán recuperados al final de nuestro estudio antes de partir. Esta es una oportunidad única en la que se puede observar el comportamiento de la sismicidad después de un sismo.

El sismo principal ha sido registrado en todos los OBS que estuvieron instalados en el fondo del mar en ese momento.

Como lo mostramos la semana pasada, nuestro viaje no se limita únicamente a la adquisición de datos de los OBS, sino que estamos recopilando de manera permanente datos batimétricos. Gracias a estos datos hemos visto salir fluidos del fondo (piso) oceánico. Estos fluidos emanados tienen altas temperaturas y se marcan en el haz batimétrico. Se ven como penachos sobre la imagen de adquisición batimétrica.

Para nosotros que estamos buscando determinar el rol del agua, nos genera emoción el observar esta salida de fluidos, sabiendo que estos pueden venir de la interfaz en profundidad. Desgraciadamente, se deberá esperar a la siguiente misión para saber el origen de estos fluidos y si se trata realmente de agua.

A bordo de El Atalante, existe también un gravímetro, que es un instrumento que permite medir la intensidad de la gravedad de un sitio. Está ubicado en el centro del barco en un lugar que está lo más cerca del nivel del agua. Está ubicado sobre una base giratoria móvil que permite mantener al instrumento horizontal aun cuando el barco se esté moviendo.

¿Sabías que tu peso es mayor en los polos que en el Ecuador? Antes de entender por qué, tenemos que comprender qué es el "peso".

El peso es la medida que se obtiene cuando te subes a una balanza. La balanza mide la fuerza que ejerce tu cuerpo contra el suelo.

¿De dónde procede? Quizá hayas oído hablar de la fuerza de la gravedad. Dos objetos no importa cuales sean, se atraen entre sí. Cuanto más grande es el objeto, más fuerte es la atracción. La Tierra es muy grande, por lo que crea una fuerza muy grande que te atrae hacia el centro de la Tierra. Es la fuerza de la gravedad.

Tu peso es el resultado de multiplicar la masa de tu cuerpo por una cantidad g, que depende de la masa de la Tierra y de lo lejos que estés del centro de la Tierra. Si pudieras ir a otro planeta, g tendría un valor diferente. Por ejemplo, g es menor en la Luna. Por eso los astronautas en la Luna tienen muy poco peso.

Así que volvemos a nuestra pregunta. ¿Por qué tu peso es mayor en los polos? Es porque la g es algo mayor. La Tierra no es una esfera perfecta, por el contrario, tiene la forma de una bola que se ha aplastado un poco en los polos. Los polos están más cerca del centro de la Tierra que el Ecuador. Recuerda que g depende de qué tan cerca estés del centro de la Tierra. En los polos estás un poco más cerca y g es mayor. En el Ecuador estás un poco más lejos y g es menor.

¿Cuánto cambia tu peso? La diferencia es muy pequeña. Mi peso en el ecuador es de 80 kg. En los polos sería 80.3 kg, es decir, 300 g más que en el Ecuador.

Hay otras variaciones menores de g en la superficie de la Tierra que dependen de la distribución de las rocas bajo nuestros pies. Si nos situamos en un lugar que tiene rocas muy densas (pesadas), g será mayor, porque las rocas tirarán un poco más de nosotros hacia abajo. En los océanos, la gravedad es un poco menor porque el agua es más ligera (menos densa) que las rocas y, por tanto, nos atrae con menos fuerza.

Podemos utilizar este hecho para explorar la Tierra y determinar la densidad de las rocas bajo el océano. En nuestra expedición, estamos midiendo la aceleración de la gravedad g cada 2 segundos mientras atravesamos la zona de estudio. Al final obtendremos un mapa detallado de cómo varía g.

Las diferencias son muy pequeñas, por lo que nuestras mediciones tienen que ser muy precisas. A continuación se muestra el mapa que hemos elaborado. Muestra muchas pequeñas variaciones relacionadas con la densidad de las rocas en esta zona.

Un hallazgo particularmente interesante que hemos hecho a partir de este mapa es que hay algunos montes submarinos (volcanes submarinos extintos) que están enterrados bajo los sedimentos. Tienen una alta densidad, por lo que la gravedad es un poco más fuerte cuando pasamos por encima de ellos. Utilizaremos el mapa de gravedad y algunos de los otros datos que estamos recolectando para estudiar estos montes submarinos.

Los montes submarinos (volcanes submarinos extintos) sobre el mapa, muestran una densidad elevada y la gravedad es entonces un poco más fuerte en el momento que pasamos sobre los mismos. Se usan los mapas gravimétricos y otro tipo de información que estamos recopilando para estudiar estos montes submarinos, varios de los cuales ya han entrado en subducción.

Durante los momentos de descanso, es frecuente ir a observar el mar desde cubierta, este lugar nos permite tener una visión del inalcanzable horizonte. Algunas ocasiones, a veces tenemos la suerte de observar los magníficos espectáculos de la naturaleza.