Detección de anomalías térmicas asociadas a la actividad sísmica, a partir de imágenes de satélite

      La transmisión de calor de un cuerpo a otro, dentro del mismo cuerpo o de una región a otra con distinta temperatura, puede producirse por conducción, convección o radiación. La manera de propagación del flujo térmico conductivo no es igual a la del flujo térmico convectivo. El flujo convectivo puede tener una magnitud mayor (10 W/m2) que el flujo coductivo en las zonas de la corteza en las que aparecen las plumas. Los bordes de las placas se caracterizan por aportes caloríficos del manto superior. Si además existen elevados gradientes horizontales, existe una fuente de tensiones que se traduce en una notable actividad sísmica.

      El método que se ha utilizado en este trabajo para obtener los valores de la temperatura de la superficie de la Tierra es la teledetección, ya que ofrece una serie de ventajas como son:

      a) Posibilidad de disponer diariamente de imágenes de una determinada área en tiempo real.

      b) Obtener valores de temperatura de una extensa superficie.

      Por tanto, la teledetección se presenta como una herramienta idónea para el estudio de procesos dinámicos, como es el caso que nos ocupa. Algunas de las ventajas de este método, son que se reduce tanto el tiempo de trabajo como el coste del mismo y además se dispone de más datos que poder analizar.

      Como se ha indicado anteriormente se pretende obtener el valor del flujo geotérmico, pero al obtener la imagen de satélite se registran una serie de parámetros adicionales que deben ser estudiados para poder eliminarlos. A este conjunto de parámetros y a la forma en que actúan, es a lo que se conoce con el nombre de balance térmico. El balance térmico viene representado por la siguiente expresión:

      q_sw+q_lv+q_l+q_s+q_an+q_d+q_g=0

      Para la realización del presente trabajo se han utilizado imágenes del satélite NOAA que proporciona dos imágenes diarias, una en la pasada diurna y otra en la nocturna, y dispone además de dos canales térmicos. El hecho de tener información de estos dos canales témicos, es lo que nos ha permitido realizar una corrección tipo «split-window» para eliminar los efectos atmosféricos y de la cobertura vegetal. Las imágenes utilizadas para la obtención de la temperatura de la superficie, son las nocturnas ya que están menos influidas por la acción del Sol, mientras que las imágenes diurnas se han utilizado para calcular los índices de vegetación.

      El primer lugar se realizó un estudio de la evolución térmica de la superficie de la Peninsula Ibérica a lo largo de un año para analizar las variaciones temporales y determinar parámetors que influyen en las medidas de la temperatura. El resultado que se obtuvo fue un mapa de la temperatura del suelo. Tras un análisis de los resultados observamos que existe una fuerte influencia topográfica y estacional y que el mapa resultante no se puede utilizar como mapa de referencia para detectar anomalías.

      En segundo lugar, se ha realizado la comparación de imágenes diarias de temperatura de la superficie. Tomando las imágenes de un determinado periodo de tiempo anterior y posterior a un terremoto, se ha tomado la primera imagen de la serie como referencia y se han calculado las diferencias de dicha imagen con el resto de imágenes del periodo seleccionado.

      La ventaja que ofrece este método, es que al trabajar con series cortas de tiempo las diferencias estacionales entre las imágenes serán mínimas, y por tanto será más fácil encontrar el incremento de la temperatura asociado con la actividad sísmica.

      Este método se ha aplicado a dos casos: por una parte al terremoto de Izmit (Turquía) del 17 de agosto de 1999 y por otra al terremoto de Mula (Murcia) del 2 de febrero de 1999.

      En el primer caso se seleccionó el periodo comprendido entre el 6 de agosto y el 26 del mismo mes, obteniéndose como resultado un importante aumento de temperatura, los días anteriores y posteriores a la fecha del sismo y que posteriormente desaparece. El aumento de la temperatura se observó sobre la traza de la falla que orginó el terremoto.

      En el segundo caso, los resultados no fueron tan satisfactorios, debido a la baja magnitud del terremoto, y a que las condiciones de nubosidad fueron muy adversas. No obstante, se pudo observar una anomalía térmica sobre la falla, que aunque de poca duración, pudo haber sido originada por la actividad sísmica.

2.- GEODINÁMICA. FLUJO GEOTÉRMICO 6
2. 1.- Introducción 7
2. 1. 1.- Conducción y Radiación 8
2. 1.2.- Convección 9
2. 2.- Medidas del flujo geotérmico 13
2. 3.- Mapa Español de flujo geotérmico 15
2. 4.- Justificación de las anomalías geotérmicas 17
2. 5.- Balance térmico en la superficie terrestre 19

3.- OBTENCIÓN Y TRATAMIENTO DE IMÁGENES DE SATÉLITE 21
3. 1.- Satélites NOAA 22
3. 2.- Preprocesamiento 23
3. 2. 1.- Corrección geométrica de las imágenes 24
3. 2. 2.- Corrección radiométrica de las imágenes 25
3. 2. 2. 1.- Calibración de las imágenes 26
3. 2. 2. 2.- Corrección atmosférica 29
3. 3.- Algoritmos 34
3. 3. 1.- Cálculo del NDVI 34
3. 3. 2.- Máximo del NDVI 36
3. 3. 3.- Calibración de los canales térmicos 37
3. 3. 4.- Obtención del LSST 38
3. 3.4. 1.- Obtención de la emisividad 39
3.3.4.2.- Cálculo de la LSST 40

4.- DEFINICIÓN DE UN MÉTODO OPERATIVO PARA LA BÚSQUEDA DE ANOMALÍAS TÉRMICAS 42
4. 1.- Obtención de imágenes de temperatura del suelo 43
4. 2.- Detección de cambios temporales de la temperatura del suelo. 47
4. 3.- Obtención del fondo térmico 48
4. 3. 1.- Análisis de las imágenes 50
4. 3. 2.- Conclusiones del análisis 56
4. 4.- Método de diferencias 58
4. 5.- Aplicación del método de diferencias al terremoto de Izmit (Turquía) 60

4. 5. 1.- Situación geográfica 60
4. 5. 2.- Geología y tectónica 62
4. 5. 3.- El terremoto de Izmit 68
4. 5. 4.- Detección de anomalías 71
I.- Simples diferencias 74
II.- Expansión de la serie temporal 78
III.- Máximo entre dos imágenes 81
4. 6.- Aplicación del método de diferencias al terremoto de Mula (Murcia) 94
4. 6. 1.- Geología y tectónica 94
4. 6. 2.- El terremoto de Mula 95
4. 6. 3.- Detección de anomalías 97
4. 7.- La actividad sísmica como origen de la anomalía térmica 99

5.- CONCLUSIONES 101

BIBLIOGRAFÍA 104

      • Según podemos observar en el mapa del fondo térmico medio obtenido para el año 1.996, la temperatura del suelo está muy condicionada por el relieve y la proximidad al mar, de tal modo que los mayores valores se obtienen en la depresión del Guadalquivir, el sudoeste de la península, y la costa mediterránea, mientras que los valores más bajos se dan en los sistemas montañosos: Pirineos, Cordillera Cantábrica, Sierra Nevada, etc.

      • El mapa de fondo térmico obtenido para un año, no es suficientemente preciso para la comparación con de imágenes de satélite diarias, ya que la variación estacional de la temperatura del suelo es mayor de lo que en un principio cabría esperar.

      En relación con la obtención de anomalías térmicas:

      • El método de comparación entre imágenes diarias, usando el máximo entre dos imágenes como mapa de referencia, nos ha permitido obtener algunos resultados interesantes. No obstante solo se trata de dos casos aislados (Turquía y Mula) correspondientes a las últimas fechas, por lo cual se debe seguir investigando según el método aquí definido.

      • Las anomalías que hemos detectado, no aparecen situadas sobre el epicentro del terremoto, sino que lo hacen a cierta distancia. Estos resultados coinciden con los obtenidos en otros trabajos, como el del Dr. Tronin (Tronin, 1.996), que lo había observado en terremotos de Asia Central.

      • Las anomalías encontradas, están situadas sobre la falla que originó el terremoto, y además siguen una evolución a lo largo del tiempo, que aumenta antes del sismo y a los pocos días desaparece.

      • En principio parece existir anomalía independientemente de la magnitud del terremoto. No se puede concluir nada en relación con la profundidad ya que se han tratado casos superficiales.