Исследователи Калифорнийского технологического института говорят, что оптоволоконные кабели могут обнаруживать и измерять землетрясения

Jul 24, 2023

Тысячи миль оптоволоконных кабелей, уже проложенных по всей Калифорнии, могут помешать изучению землетрясений.

Новое исследование Калифорнийского технологического института использовало участок телекоммуникационного волокна для обнаружения и измерения землетрясения магнитудой 6, перепрофилировав сборки для получения более точных деталей о землетрясении.

Чжунвэнь Чжань, профессор физики Калифорнийского технологического института, сказал, что та же оптоволоконная сеть, которая используется для Интернета и телевидения, может служить плотной сетью импровизированных сейсмометров в методе под названием DAS, распределенном акустическом зондировании.

«Если мы сможем получить более широкий охват для измерения сейсмической активности, мы сможем произвести революцию в изучении землетрясений и обеспечить более заблаговременное предупреждение», — сказал Чжан. «Хотя мы не можем предсказать землетрясения, распределенное акустическое зондирование приведет к лучшему пониманию деталей, лежащих в основе разрыва Земли».

В новом исследовании, опубликованном во вторник в журнале Nature, изучались световые сигнатуры, проходящие по участку оптоволоконного кабеля в Восточной Сьерра-Неваде во время землетрясения магнитудой 6 в Долине Антилопы в 2021 году.

Исследователи заявили, что этот участок кабеля действовал как 10 000 сейсмометров и смог предоставить подробные характеристики толчков. Например, оно показало, что землетрясение 2021 года состояло из последовательности четырех более мелких подсобытий или разрывов, мини-землетрясений, которые не могли быть обнаружены обычной сейсмической сетью.

«Использование оптоволоконного кабеля в качестве серии сейсмометров раскрывает аспекты физики землетрясений, которые уже давно выдвигались в качестве гипотез, но которые трудно представить», — сказал Чжан.

«Представьте себе, что вы используете обычный домашний телескоп и нацеливаете его на Юпитер», — добавил он. Вы можете видеть планету, но не ее спутники или какие-либо детали.

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

Команда Жана получила доступ из города Пасадена, чтобы использовать его оптоволоконную сеть для исследования. Они использовали лазерные излучатели на одном конце кабеля, чтобы пропускать лучи света через длинные тонкие стеклянные нити, составляющие сердцевину кабеля. Крошечные дефекты стекла отражают свет обратно к источнику, где он и фиксируется. Каждое несовершенство создает отслеживаемую путевую точку или место остановки вдоль кабеля.

Во время землетрясения сейсмические волны, проходящие через землю, заставляют кабель покачиваться, изменяя время прохождения света до и от путевых точек. Ученые использовали информацию, полученную из этих несовершенств, для наблюдения за движением сейсмических волн.

Помимо Чжана, в число исследователей Калифорнийского технологического института входят Цзясюань Ли, первый автор; Надя Лапуста, профессор машиностроения и геофизики Калифорнийского технологического института; аспирант Теахо Ким и ученый Этторе Бионди. Национальный научный фонд оплатил исследование.

Получайте Morning Report и другие информационные бюллетени по электронной почте.