Волоконно-оптические кабели измеряли землетрясение в невероятных деталях
Волоконная оптика, которая соединяет мир, также может обнаруживать землетрясения.
Те же оптические волокна, которые пульсируют с мировым интернет-трафиком, теперь слушают пульс планеты, улавливая землетрясения более подробно, чем традиционные сейсмические сети.
В недавнем исследовании ученые использовали 15 километров телекоммуникационного волокна вблизи Мендосино, штат Калифорния, для записи крупнейшего землетрясения в регионе за пять лет, подробно запечатлев, как начался, замедлился и ускорился разрыв магнитуды 7, ускоряясь даже быстрее, чем скорость звука.
«Это почти как если бы вы посмотрели на Сатурн и сказали: «Это звезда.» Затем вам дают новый телескоп и вдруг осознают: «О, Боже, вокруг него действительно есть кольцо!»», — говорит Чжунвэнь Чжан, геофизик из Калифорнийского технологического института, который не участвовал в исследовании.
[Подпишитесь на Today in Science, бесплатный ежедневный информационный бюллетень]
Оптические волокна, одно из самых замечательных изобретений современной науки, построено для передачи света, который может передавать закодированную информацию с чрезвычайной эффективностью. Даже небольшое касание или изгиб могут нарушить его поток, поэтому телекоммуникационные компании упорно работают, чтобы минимизировать помехи окружающей среде. «Тем не менее, то, что шум для телекоммуникаций, является данными для нас», — говорит Жан.
Нефтяная промышленность приняла эту технологию в 1990-х годах, развернув специализированные волоконно-оптические кабели для обнаружения температуры, давления и вибрации во время бурения. Джеймс Аттерхольт, сейсмолог Геологической службы США, надеялся адаптировать такие наблюдения к фактическому землетрясению. В мае 2022 года Аттерхольт и его команда установили устройство под названием допрашивающий — «в основном большая коробка с лазером и компьютером», — говорит он, — чтобы посылать лучи света через неиспользованное волокно по прибрежному телефонному кабелю. В зависимости от наземных вибраций крошечные несовершенства в волокне отражали свет обратно каждые несколько метров, превращая нить в 2800 мини-сейсмометра.
5 декабря 2024 года, когда землетрясение ударило по мысу Мендочино, команда Аттерхольта все еще следила за волоконно-оптической системой. Ее данные показали, как разрыв двигался на восток, замедлялся вблизи развязки, где встречаются три тектонические плиты, а затем ускорялся до скорости «суперсдвига», создавая звуковой бум, поскольку он двигался быстрее скорости звука. Это было одной из самых ярких демонстраций сложности разлома, ведущего к разрыву суперсдвига, говорят исследователи. Запись сопоставимых данных с существующей сетью сейсмометров потребовала бы еще более огромного землетрясения по существу прямо на приборах.
Хотя эта технология существует уже некоторое время, «фактическая демонстрация ее в доказанном случае показывает, что она может улучшить системы раннего предупреждения о землетрясениях», — говорит Брэд Липовский, геофизик из Вашингтонского университета, который не участвовал в исследовании. Такая система будет особенно важна для прибрежных городов, уязвимых к оффшорным землетрясениям и цунами. Липовский и Жан также подчеркивают полезность технологии в экстремальных условиях, таких как Антарктида, где специально установленный кабель может отслеживать изменение рельефа и реакцию ледников на изменение климата.
