Новая подводная кабельная технология подобна «мощному телескопу для обнаружения землетрясений»

Aug 02, 2023

Имагинима/iStock

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

В новом исследовании Калифорнийского технологического института скромные подземные оптоволоконные кабели, пронизывающие ландшафт Калифорнии, выявили особый бонус: обнаружение и измерение землетрясений.

Хотя эти кабели обеспечивают подключение к Интернету, участок оптоволоконного кабеля был перепрофилирован, чтобы углубиться в сложную механику землетрясения магнитудой 6, проливая свет на детали процесса его разрыва.

Результаты, опубликованные в журнале Nature 2 августа, проливают свет на потенциал оптоволоконных кабелей для улучшения понимания землетрясений и систем раннего предупреждения при условии достижения более широкого покрытия кабеля.

Просто хочу внести ясность: обнаружение землетрясений с помощью подводных кабелей не является новой концепцией. Фактически, компания Interest Engineering (IE) ранее сообщала, что по крайней мере 400 из них могут быть использованы во всем мире, как выяснилось в ходе сессии вопросов и ответов с экспертом.

Теперь в недавнем пресс-релизе группа под руководством профессора геофизики Чжунвэнь Чжана представила инновационный метод, называемый распределенным акустическим зондированием.

Переосмыслив оптоволоконные кабели как импровизированные сейсмометры, они использовали всего лишь 62-мильный (100-километровый) участок кабеля, чтобы получить представление о сложной динамике конкретного землетрясения 2021 года.

«Если мы сможем получить более широкий охват для измерения сейсмической активности, мы сможем произвести революцию в том, как мы изучаем землетрясения, и обеспечить более заблаговременное предупреждение», — объяснил Чжан в пресс-релизе.

«Хотя мы не можем предсказывать землетрясения, распределенное акустическое зондирование приведет к лучшему пониманию деталей, лежащих в основе разрыва Земли».

В Южной Калифорнии около 500 сейсмометров охватывают обширное пространство площадью около 56 500 квадратных миль, каждый из которых стоит до 50 000 долларов. Напротив, использование оптоволоконных кабелей может фактически покрыть регион миллионами экономически эффективных сейсмометров.

Гениальная технология предполагает размещение лазерных излучателей на одном конце кабеля, посылающих лучи света через стеклянные жилы, составляющие сердцевину кабеля.

Несовершенства стекла отражают часть света обратно к источнику для записи. Это превращает кабель в сеть отслеживаемых путевых точек, реагирующих на движения земли путем изменения времени прохождения света между этими точками.

С разрешения З. Жана

По сути, дефекты кабеля действуют как тысячи отдельных сейсмометров, позволяя сейсмологам фиксировать движение сейсмических волн.

В исследовании команда сосредоточилась на световых сигнатурах в сегменте оптоволоконного кабеля, расположенном в Восточной Сьерра-Неваде во время землетрясения магнитудой 6 баллов в Долине Антилопы в 2021 году.

Этот раздел, эквивалентный 10 000 сейсмометрам, раскрыл сложность землетрясения, обнаружив последовательность из четырех меньших разрывов, или «подсобытий». Эти неуловимые побочные события, похожие на мини-землетрясения, ускользнули от обычных сейсмических сетей.

Сотрудничая с лабораторией Нади Лапусты, команда построила точную модель землетрясения М6, используя измеренные сейсмические данные. Модель точно определила время четырех субсобытий и расположение областей разломов.

«В качестве аналогии представьте себе свой обычный телескоп на заднем дворе. Вы можете видеть Юпитер, но, вероятно, не можете увидеть его спутники или какие-либо детали», — сказал Чжан.

«С помощью действительно мощного телескопа вы сможете увидеть мелкие детали планеты и поверхности Луны. Наша технология подобна мощному телескопу для наблюдения за землетрясениями».

Потенциал повторного использования оптоволоконных кабелей в качестве сейсмических инструментов имеет огромные перспективы, предлагая экономически эффективные средства для расширения нашего понимания землетрясений — и в идеале смягчения их последствий.

Поскольку наука продолжает соединять технологические инновации с природными процессами Земли, будущее исследований землетрясений становится все ярче с каждым импульсом света, проходящим по подземным кабелям.

Полная версия исследования была опубликована в журнале Nature 2 августа.