海洋地震监测是个难题,为此科学家们想利用海底光缆

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11-29 14:53

自古以来,人类对天灾就有一种深深地无力感,为此衍生出了祈祷、祭祀等各种崇拜自然的行为。在今天这个科学和技术的时代,尽管人类仍然不能阻止天灾的发生,但通过科学技术的应用能够尽可能把损失降到最小,而提前预警就是最重要的一环。

地震的预警,包括监测全世界的地震活动一直是一项非常重要的任务,也是一个世界性难题。但这项重要的任务执行起来却十分的艰难,因为科学家们很难把精密的仪器放到大洋深处。最近伯克利的一项新研究可能会让这事有所转机,他们希望将海底光缆变为地震监测的仪器,从而为地震监测创造一个前所未有的全球视野。

▲ 图片来自:Washington Post

目前,地震学家们几乎都是从陆地来获取板块运动的,这意味着科学家们对地震活动的了解大部分仅限于地球表面的三分之一,而更广阔的海洋则得不到长期有效的监测。

该项目的主要研究作者 Nathaniel Lindsey 在伯克利的新闻稿上表示:「海底地震学是非常重要的,即便仅仅离海岸 50 公里地方,任何进入海洋的仪器都会变的非常有用。」

「当然,之所以没有这样做是因为很难在水下放置、使用和维护需要长期监测地震活动的精密仪器。」Nathaniel 说道,「但如果转换个思路去想,是不是在海底已经有现成的工具在等着我们去使用呢?这促成了我们开始尝试利用海底光缆的想法。」

▲ 图片来自:海底光缆分布图

这些海底光缆被用来远距离传输数据,有时候会作为因特网骨干网络的一部分,有时候也会成为私有网络的一部分,但无论是哪种它们都有一个共同的特点——利用光来做到这一点。如果电缆移动或者改变方向,这些光就会产生折射和扭曲。

通过仔细观测这种折射的现象可以准确的看到电缆弯曲的位置和弯曲的程度,甚至能够精确到几纳米,这意味着研究人员可以通过研究海底光缆以非常高的精度找出地震活动的来源。

这项技术被称为「分布式声学传感」,它实质上是将成千上万条海底光缆看做成单独的运动传感器。根据研究团队的测试,在蒙特利尔湾水族馆研究所水下长度为 20 公里基础设上,电缆被分为大约一万个部分,由此可以检测所连接表面的最小移动。

伯克利国家实验室表示,这是对地震学的一次前沿研究,这或许是人类第一次尝试用海底光缆来观测海洋信号或者端侧结构成像。

将 MBARI 的电缆连接到 DAS 系统后,该小组收集了大量可验证的信息:从距离内陆几英里处发生的 3.4 级地震的光缆移动状况,海湾中已知但未绘制的断层图以及水的运动模式都指明了地震活动。

这项技术最好的地方就在于甚至不需要在位于海底的光缆上连接设备或者放置中继器,要做的就只是走到现场,然后将仪器连接到光缆的末端就可以了。

▲ 图片来自:Irish Examiner

大多数海底光缆在陆地上的末端有着较大的裸露面积,能够供给很多研究员进行连接。当然,这项技术在测量反向散射信号的时候可能会干扰到海底光缆本身所传输的数据,目前研究人员正在进行该方面的测试以防止这种情况发生。

如果研究结果比较理想的话,很多较大的有源电缆就可以作为研究工具投入使用,并且可以帮助阐明地震学家在海底活动和特征方面所存在的盲点。

题图和部分配图来源:TechCrunch

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