Použití podvodních telekomunikačních kabelů k detekci zemětřesení

Caltech seismologové pracující s optikou Google vyvinuli metodu pro použití podvodních telekomunikačních kabelů k detekci zemětřesení. Zařízení by mohlo vést k lepšímu varování před zemětřesením a vlnou tsunami po celém světě.

Na dně zemských oceánů leží rozsáhlá síť více než jednoho milionu kilometrů optických kabelů. V 80. letech začaly telekomunikační společnosti a vlády instalovat tyto kabely, z nichž každý mohl ujet tisíce kilometrů. World Wide Web je dnes považován za páteř mezinárodních telekomunikací.

Vědci již dlouho hledali způsoby, jak kontrolovat seismicitu těchto ponořených kabelů. Koneckonců, více než 70 procent Země je pokryto vodou a instalace, monitorování a provoz podvodních seismometrů je extrémně obtížné a nákladné sledovat pohyb Země pod mořem. Vědci tvrdí, že by bylo ideální kontrolovat seismicitu pomocí infrastruktury již vybudované podél oceánského dna.

Předchozí pokusy použít ke studiu seismicity použití vláknové optiky byly založeny na přidání sofistikovaných vědeckých nástrojů – (nebo) použití takzvaných „tmavých vláken“, kabelů z optických vláken, které se aktivně nepoužívají.

Nyní Caltechův docent geofyziky ongwen han (PhD ’13) և jeho kolegové vymysleli způsob, jak analyzovat světlo procházející „osvětlenými“ vlákny, jinými slovy, provozovat podmořské kabely k detekci zemětřesení և oceánských vln bez jakéhokoli dalšího vybavení nutnost. Popisují novou metodu v časopise z 26. února Věda:,

„Tato nová technologie dokáže skutečně proměnit většinu podmořských kabelů na geofyzikální senzory dlouhé tisíce kilometrů, které detekují zemětřesení a případně tsunami,“ říká Han An. „Věříme, že se jedná o první seismické monitorovací řešení na mořském dně, které lze implementovat po celém světě. „Může doplnit stávající síť pozemních seismometrů a monitorovacích desek tsunami, aby byla v mnoha případech detekce podmořského zemětřesení a tsunami mnohem rychlejší.“

Kabelové sítě používají lasery, které vysílají informační impulsy přes skleněná vlákna připojená ke kabelům, k přenosu dat do přijímačů na druhém konci rychlostí 200 000 kilometrů. Optimální využití kabelů, to znamená přenos co největšího množství informací skrz ně – jedním z pozorování operátorů je zatížení světlem, které prochází vlákny. Laserové světlo je polarizováno jako každé jiné světlo procházející filtrem. Znamená to, že jeho elektrické pole kolísá pouze jedním směrem, nikoli kterým. Řízení směru elektrického pole může umožnit, aby více signálů prošlo stejným vláknem současně. Na přijímacím konci zařízení kontrolují stav zátěže každého signálu, aby zjistili, jak se změnil podél kabelové trasy, aby se ujistil, že signály neinterferují.

Vědci se zaměřili na kabel Curie, podmořský kabel z optických vláken, který se táhne více než 10 000 kilometrů podél východního okraje Tichého oceánu z Los Angeles do Valparaiso v Chile. (Ačkoli Han An říká, že tato technika může být použita na mnoha stovkách podmořských kabelů, které procházejí světem).

Všechny druhy rušení v zemi, jako jsou změny teploty nebo dokonce blesk, mohou změnit zatížení světla kabely z optických vláken. Jak Hann և a jeho kolegové zjistili, že teplota v hlubokém oceánu je téměř konstantní, protože dochází k velmi malému rušení, změna náboje z jednoho konce kabelu Curie na druhý zůstává poměrně stabilní.

Během zemětřesení, kdy bouře způsobují velké vlny v oceánu, se však zátěž dramaticky mění, což umožňuje vědcům snadno detekovat takové události v datech.

V současné době, kdy k zemětřesení dochází několik kilometrů odtud, mohou seizmické vlny trvat několik minut, než budou moci být testovány pozemské vlny. S využitím nové technologie působí celá délka podmořského kabelu jako jediný senzor v přísně kontrolované oblasti. Zatížení lze měřit 20krát za sekundu. To znamená, že pokud zemětřesení zasáhne určitou oblast, je možné zaslat varování potenciálně postiženým oblastem během několika sekund.

Během devíti měsíců testování v nové studii (prosinec 2019 až září 2020) našli vědci přibližně 20 otřesů podél kabelu Curie, včetně zemětřesení o síle 7,7 stupně, které v lednu zasáhlo Ameriku: 28, 2020

Ačkoli během studie nebyla zjištěna žádná tsunami, vědci dokázali detekovat změny polarizace způsobené nádory oceánu pocházejícími z jižního oceánu. Věří, že během těchto událostí došlo ke změnám polarity v důsledku změn tlaku podél mořského dna, když podél kabelu procházely silné vlny. „To znamená, že dokážeme detekovat vlny oceánu, takže je pravděpodobné, že jednoho dne dokážeme detekovat vlny tsunami,“ řekla Han Ann.

Kolegové Zhan և Caltech nyní vyvíjejí algoritmus strojového učení, který dokáže detekovat změny v polarizaci způsobené zemětřesením nebo oceánskými vlnami, spíše než jiné změny systému, jako je kabel pro posun lodi nebo kraba. Očekávají, že celý proces detekce a oznámení může být automatizován, aby poskytoval důležité informace, kromě vůně dat shromážděných globální sítí pozemních seismometrů – systém hlášení Deep Ocean Tsunami Assessment (DART). Provozováno Národním střediskem pro národní údaje o atmosféře Národního úřadu pro oceán a atmosféru.

Odkaz. Zhongwen Zhan, Mattia Cantono, Valey Kamalov, Antonio Mecozzi, Rafael Müller, Shuang Yin a Jorge C. Castellanos, „Seismická և vodní vlna založená na optickém zatížení založeném na transoceánských kabelech“, 2021 26. února Věda:,
DOI: 10.1126 / science.abe6648:

Spoluautoři Han Ani jsou doktorand Caltech Jorge Castellanos (MS ’18); Výzkumníci Google Mattia Canto, Valey Kamalov, Rafael Mueller և Shuang Yin; և Antonio Metzozzi z University of L’Aquila v Itálii.

Výzkum na Caltech byl financován nadací Gordon & Betty Moore Foundation.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

První objev oceánských proudů pod „ledovcem Doomsday“ vyvolává obavy

Poprvé se vědcům podařilo získat data zpod ledovce Thwaites, známého také jako „ledovec Doomsday“. Zjistili, že přívod teplé vody k ledovci byl větší,...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Newsletter

Subscribe to stay updated.