Firma Caltech wykorzystuje istniejące kable podwodne do wykrywania wyprzedzających trzęsień ziemi i tsunami.
Sejsmolodzy z firmy Caltech współpracujący z ekspertami od optyki w Google opracowali metodę wykorzystywania istniejących podwodnych kabli telekomunikacyjnych do wykrywania trzęsień ziemi. Technika ta może doprowadzić do udoskonalenia systemów ostrzegania przed trzęsieniami ziemi i tsunami na całym świecie.
Ogromna sieć ponad miliona kilometrów kabli światłowodowych znajduje się na dnie oceanów Ziemi. W latach 80. firmy telekomunikacyjne i rządy zaczęły układać te kable, z których każdy może rozciągać się na tysiące kilometrów. Obecnie globalna sieć jest uważana za kręgosłup międzynarodowej telekomunikacji.
Naukowcy od dawna szukali sposobu na wykorzystanie tych zanurzonych kabli do monitorowania sejsmiczności. W końcu ponad 70% globu pokrywa woda, a instalacja, monitorowanie i uruchamianie sejsmometrów podwodnych w celu śledzenia ruchów Ziemi pod morzami jest niezwykle trudne i kosztowne.
Czytaj: 10 najbardziej niebezpiecznych wód na świecie
Zdaniem naukowców idealnym rozwiązaniem byłoby monitorowanie sejsmiczności poprzez wykorzystanie infrastruktury już istniejącej wzdłuż dna oceanu.
Teraz dr Zhongwen Zhan, adiunkt geofizyki w firmie Caltech, i jego koledzy wymyślili sposób analizy światła przechodzącego przez „oświetlone” włókna – innymi słowy, istniejące i działające kable podmorskie – w celu wykrycia trzęsień ziemi i fal oceanicznych bez potrzeby dodatkowego wyposażenia. Opisują nową metodę w czasopiśmie Science.
„Ta nowa technika może naprawdę przekształcić większość kabli podmorskich w czujniki geofizyczne o długości tysięcy kilometrów do wykrywania trzęsień ziemi i prawdopodobnie tsunami w przyszłości” – mówi Zhan.
„Uważamy, że jest to pierwsze rozwiązanie do monitorowania sejsmiczności na dnie oceanu, które można w realny sposób wdrożyć na całym świecie. Może uzupełniać istniejącą sieć naziemnych sejsmometrów i boi monitorujących tsunami, aby w wielu przypadkach znacznie przyspieszyć wykrywanie podmorskich trzęsień ziemi i tsunami”.
Sieci kablowe działają za pomocą laserów, które wysyłają impulsy informacji przez włókna szklane połączone w kablach, aby dostarczać dane z szybkością większą niż 200 000 kilometrów na sekundę do odbiorników na drugim końcu, gdzie urządzenia sprawdzają stan polaryzacji każdego sygnału, aby zobaczyć, jak zmienił się on na ścieżce kabla, aby upewnić się, że sygnały nie są mieszane.
Czytaj: Mężczyzna zrobił genialne zdjęcie uderzenia pioruna na rzece Missisipi
W swojej pracy naukowcy skupili się na Curie Cable, podwodnym kablu światłowodowym, który rozciąga się na ponad 10 000 kilometrów wzdłuż wschodniego krańca Oceanu Spokojnego od Los Angeles do Valparaiso w Chile.
Na lądzie różnego rodzaju zakłócenia, takie jak zmiany temperatury, a nawet uderzenia pioruna, mogą zmienić polaryzację światła przechodzącego przez kable światłowodowe. Zhan i jego koledzy stwierdzili, że ponieważ temperatura w głębokim oceanie pozostaje prawie stała i występuje tam tak mało zakłóceń, zmiana polaryzacji z jednego końca kabla Curie na drugi pozostaje dość stabilna w czasie.
Jednak podczas trzęsień ziemi i gdy burze wytwarzają duże fale oceaniczne, polaryzacja zmienia się nagle i dramatycznie, umożliwiając naukowcom łatwą identyfikację takich zdarzeń w danych.
Obecnie fale sejsmiczne z trzęsień ziemi występujących wiele kilometrów od brzegu docierają do sejsmometrów na lądzie po kilku minutach, a weryfikacja fal tsunami trwa jeszcze dłużej. Korzystając z nowej techniki, cała długość kabla podmorskiego działa jak pojedynczy czujnik w miejscach trudnych do monitorowania. Polaryzację można mierzyć nawet 20 razy na sekundę. Oznacza to, że jeśli trzęsienie ziemi uderzy w pobliżu określonego obszaru, ostrzeżenie może zostać wysłane do potencjalnie dotkniętych obszarów w ciągu kilku sekund.
Podczas dziewięciu miesięcy testów opisanych w nowym badaniu naukowcy wykryli około 20 umiarkowanych do dużych trzęsień ziemi wzdłuż kabla Curie, w tym trzęsienie ziemi o sile 7,7, które miało miejsce u wybrzeży Jamajki w dniu 28 stycznia 2020 roku.
Chociaż podczas badań nie wykryto tsunami, naukowcom udało się wykryć zmiany w polaryzacji wywołane przez fale oceaniczne, które powstały w Oceanie Południowym. Uważają, że zmiany w polaryzacji były spowodowane zmianami ciśnienia wzdłuż dna morskiego, gdy potężne fale przechodziły obok kabla. „Oznacza to, że możemy wykrywać fale oceaniczne, więc jest prawdopodobne, że pewnego dnia będziemy w stanie wykryć fale tsunami” – mówi Zhan.
Zhan i jego koledzy z Caltech opracowują obecnie algorytm uczenia maszynowego, który byłby w stanie określić, czy wykryte zmiany w polaryzacji są spowodowane trzęsieniami ziemi lub falami oceanu, a nie jakąś inną zmianą w systemie, taką jak statek lub krab poruszający kablem.
Źródło: Caltech News by Kimm Fesenmaier
johannesfloe.com – Art to remember
