Как оптоволоконные кабели могут предупредить о землетрясении

Aug 30, 2023

Мэтт Саймон

Землетрясение магнитудой 7,8 в Турции и Сирии в понедельник стало жестоким напоминанием о том, что глубоко внутри планета Земля все еще скрывает тайны. Ученые прекрасно знают, что разломы склонны к землетрясениям, но они не могут сказать, когда произойдет землетрясение и насколько сильным оно будет. Если бы они могли, число погибших пока не превысило бы 20 000 человек, а спасатели все еще пытаются найти выживших.

Тем не менее, в последние годы ученые добились прогресса в разработке систем раннего предупреждения о землетрясениях, в которых сейсмометры обнаруживают начало грохотов и отправляют оповещения непосредственно на телефоны людей. Эта тревога поступает не за несколько дней или часов до землетрясения, а за секунды. Сейсмические удары по планете слишком внезапны, чтобы ученые могли предусмотреть значительное время предупреждения.

Однако новая технология однажды может усилить эти системы раннего предупреждения, предоставив людям дополнительное время для подготовки к приближающимся землетрясениям — хотя это все равно будет порядка нескольких секунд, в зависимости от того, насколько близко человек находится к эпицентру. . Это называется распределенным акустическим зондированием или DAS. Хотя эта область все еще находится в зачаточном состоянии, DAS может подключиться к оптоволоконным кабелям, проложенным под нашими ногами, в виде обширной сверхчувствительной сети для обнаружения сейсмических волн. Эти кабели используются для телекоммуникаций, но их можно использовать для обнаружения землетрясений и извержений вулканов, поскольку движение земли слегка нарушает свет, проходящий по кабелю, создавая отчетливый сигнал.

DAS не может предсказывать землетрясения; он просто обнаруживает ранние толчки. «Любая система, будь то сейсмометр или оптоволоконный кабель, не может обнаруживать события до того, как они произойдут на датчике», — говорит ученый-геолог Филипп Жуссе из Немецкого исследовательского центра геонаук, который использовал DAS для обнаружения вулканической активности на итальянской горе Этна. «Мы должны разместить датчик как можно ближе к источнику, чтобы мы могли обнаружить его на ранней стадии. Повсюду много кабелей. Поэтому, если бы мы могли контролировать их все одновременно, мы бы получали информацию, как только что-то происходит». ."

Когда разлом разрывается, он испускает различные виды сейсмических волн. Основные из них, P-волны, движутся со скоростью 3,7 мили в секунду. Они не наносят большого ущерба домам и другой инфраструктуре. Вторичные волны, или S-волны, гораздо более разрушительны: они распространяются со скоростью 2,5 мили в секунду. Еще более разрушительными являются поверхностные волны, которые движутся примерно с той же скоростью, что и S-волны, а может быть, и немного медленнее. Они рвутся по поверхности Земли, что приводит к резкой деформации земли. (Они особенно разрушительны, потому что их энергия сосредоточена на относительно плоской плоскости вдоль поверхности, тогда как P-волны и S-волны распространяются более трехмерно под землей, распределяя свою энергию.)

Существующие системы раннего предупреждения о землетрясениях, такие как ShakeAlert Геологической службы США, используют сейсмометры для использования различных скоростей сейсмических волн. ShakeAlert состоит из около 1400 сейсмических станций в Калифорнии, Орегоне и Вашингтоне, и планируется добавить еще около 300. Они отслеживают быстродвижущиеся P-волны и предупреждают о приближении более разрушительных S-волн и поверхностных волн. Если происходит землетрясение и его обнаруживают как минимум четыре отдельные станции, этот сигнал отправляется в центр обработки данных. Если алгоритмы системы определят, что сила толчка превысит 5 баллов, на мобильные телефоны местных жителей будет отправлено экстренное оповещение. (Благодаря партнерству ShakeAlert с Google оно передается пользователям Android, если магнитуда превышает 4,5.)

Джереми Уайт

Эмили Маллин

Уилл Найт

ПРОВОДНОЙ персонал

Вся эта передача данных через современное телекоммуникационное оборудование происходит со скоростью света — около 186 000 миль в секунду — что намного, намного быстрее, чем распространение разрушительных сейсмических волн. Но степень предупреждения, которую получит житель, зависит от того, насколько далеко он находится от эпицентра. Если они прямо на вершине, у них просто не будет достаточно времени, чтобы получить предупреждение, прежде чем они почувствуют дрожь. Думайте об этом как о грозе: чем ближе вы к молнии, тем скорее вы услышите гром.