Как вы и можете себе представить, установка сейсмических датчиков на дне океана - непростая задача. Однако недавно ученые смогли обнаружить сейсмическую активность на морском дне, используя что-то, что уже было там - волоконно-оптический телекоммуникационный кабель.
В проекте приняли участие исследователи из Калифорнийского университета в Беркли, Национальной лаборатории им. Лоуренса Беркли, Научно-исследовательского института при Аквариуме залива Монтерей и Университета Райса в Техасе. За четырехдневный период они использовали приблизительно 20 км 52-километрового кабеля, проложенного в 2009 году вдоль дна залива Монтерей в Калифорнии. Этот кабель соединяет "научный узел" сбора океанографических данных и лабораторию в Аквариуме.
Фотонное устройство использовалось, чтобы сначала послать короткие импульсы лазерного света по кабелю, а затем обнаружить обратное рассеяние этого света, которое было вызвано деформацией в кабеле, вызванной растяжением. Было возможно измерить это обратное рассеяние один раз на каждые 2 метра, фактически превратив 20 километров кабеля в 10000 отдельных датчиков. Научный узел на конце кабеля не был вовлечен в процесс, который известен как распределенное акустическое зондирование (Distributed Acoustic Sensing, DAS) на основе рэлеевского рассеяния.
Карта, показывающая волоконно-оптический кабель, участвующий в исследовании, с тестируемой частью, выделенной розовым цветом. Фото: Nate Lindsey, UC Berkeley
Системы распределенного акустического зондирования (DAS) на основе рэлеевского рассеяния используют волоконно-оптические кабели для обеспечения распределенного зондирования деформации. В DAS волоконно-оптический кабель становится чувствительным элементом, и измерения выполняются и частично обрабатываются с помощью подключенного оптоэлектронного устройства. Такая система позволяет обнаруживать звуковые сигналы деформации частоты на больших расстояниях и в жестких условиях.
Таким образом, ученые смогли обнаружить землетрясение магнитудой 3,4 балла, которое произошло в 45 км внутри страны недалеко от города Гилрой, штат Калифорния, и плюс они точно обнаружили «устойчивое состояние» и штормовые волны на поверхности. Кроме того, технология позволила им отобразить ранее не нанесенные на карту зоны подводных разломов в системе геологических разломов Сан-Грегорио.
Теперь есть надежда, что их результаты могут быть применены к уже установленной всемирной сети подводных телекоммуникационных кабелей, что значительно увеличит объем сейсмических данных, которые могут быть собраны - возможно, даже предоставив более ранние предупреждения о землетрясениях.
«У нас огромные пробелы в знаниях о процессах на дне океана и структуре океанической коры, потому что сложно поставить такие инструменты, как сейсмометры, на дне моря», - говорит профессор Майкл Манга (Michael Manga) из Калифорнийского университета в Беркли. «Это исследование показывает многообещающие результаты для использования существующих волоконно-оптических кабелей в качестве массива датчиков для отображения данных по-новому методу».
Океаны пересечены телекоммуникационными кабелями, как показано на графике, предсказывающем использование волоконно-оптических кабелей к 2021 году, многие из которых (помечены желтым цветом) принадлежат частным компаниям, таким как Google и Microsoft. Эти кабели могут служить в качестве сейсмических станций двойного назначения для мониторинга землетрясений и систем разломов на 70% поверхности Земли, покрытой водой. Фото: New York Times
Недавно в журнале «Science» была опубликована статья об исследовании.
Источник: New Atlas / UC Berkeley, American Association for the Advancement of Science
