Подводные телекоммуникационные кабели образуют превосходную сейсмическую сеть

Sep 30, 2023

Океаны пронизаны телекоммуникационными кабелями, как показано на этом графике, где прогнозируется появление оптоволоконных кабелей, которые будут введены в эксплуатацию к 2021 году, многие из них (желтые) принадлежат частным компаниям, таким как Google и Microsoft. Эти кабели могут служить двойной цели в качестве сейсмических станций для мониторинга землетрясений и систем разломов на 70% территории Земли, покрытой водой. (Изображение предоставлено New York Times)

Волоконно-оптические кабели, составляющие глобальную подводную телекоммуникационную сеть, однажды могут помочь ученым изучать морские землетрясения и геологические структуры, скрытые глубоко под поверхностью океана.

В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Science, исследователи из Калифорнийского университета в Беркли, Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab), Научно-исследовательского института аквариумов Монтерей-Бей (MBARI) и Университета Райса описывают эксперимент, в ходе которого было проложено 20 километров подводного оптоволокна. -оптический кабель в эквиваленте 10 000 сейсмических станций на дне океана. Во время своего четырехдневного эксперимента в заливе Монтерей они зафиксировали землетрясение магнитудой 3,5 и рассеяние сейсмических волн от зон подводных разломов.

Их метод, который они ранее опробовали с помощью оптоволоконных кабелей на суше, может предоставить столь необходимые данные о землетрясениях, происходящих под водой, где существует мало сейсмических станций, оставляя 70% поверхности Земли без детекторов землетрясений.

«Существует огромная потребность в сейсмологии морского дна. Любые приборы, которые вы вытащите в океан, даже если они находятся только на первых 50 километрах от берега, будут очень полезны», — сказал Нейт Линдси, аспирант Калифорнийского университета в Беркли и ведущий автор. бумаги.

Линдси и Джонатан Аджо-Франклин, профессор геофизики Университета Райса в Хьюстоне и научный сотрудник лаборатории Беркли, провели эксперимент при содействии Крейга Доу из MBARI, которому принадлежит оптоволоконный кабель. Кабель протянулся на 52 километра от берега к первой сейсмической станции, когда-либо размещенной на дне Тихого океана, установленной там 17 лет назад MBARI и Барбарой Романович, профессором аспирантуры факультета наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Беркли. Постоянный кабель к узлу Монтерейской системы ускоренных исследований (MARS) был проложен в 2009 году, 20 километров из которых были использованы в этом тесте в автономном режиме для ежегодного обслуживания в марте 2018 года.

Исследователи использовали 20 километров (розового цвета) 51-километрового подводного оптоволоконного кабеля, который обычно используется для связи с морским научным узлом (MARS, Монтерейская система ускоренных исследований), в качестве сейсмической группы для изучения зон разломов под заливом Монтерей. . В ходе четырехдневного испытания ученые обнаружили землетрясение магнитудой 3,5 в 45 километрах от Гилроя и нанесли на карту ранее неизведанные зоны разломов (желтый круг). (Изображение Нейта Линдси)

«Это действительно исследование на переднем крае сейсмологии. Впервые кто-либо использовал морские оптоволоконные кабели для изучения океанографических сигналов такого типа или для визуализации структур разломов», — сказал Аджо-Франклин. «Одно из белых пятен в сейсмографической сети мира находится в океанах».

Конечная цель усилий исследователей, по его словам, состоит в том, чтобы использовать плотные оптоволоконные сети по всему миру (вероятно, общей протяженностью более 10 миллионов километров, как на суше, так и под водой) в качестве чувствительных показателей движения Земли, позволяющих мониторинг землетрясений в регионах, где нет дорогих наземных станций, таких как те, которые разбросаны по большей части сейсмоопасной Калифорнии и Тихоокеанского побережья.

«Существующая сейсмическая сеть, как правило, имеет высокоточные инструменты, но ее относительно мало, тогда как это дает вам доступ к гораздо более плотному массиву», — сказал Аджо-Франклин.

Метод, который используют исследователи, — это распределенное акустическое зондирование, в котором используется фотонное устройство, которое посылает короткие импульсы лазерного света по кабелю и обнаруживает обратное рассеяние, создаваемое напряжением в кабеле, вызванным растяжением. С помощью интерферометрии они могут измерять обратное рассеяние каждые 2 метра (6 футов), эффективно превращая 20-километровый кабель в 10 000 отдельных датчиков движения.