首页 >新闻 > 人工智能 > 内容

海底电缆能告诉我们关于地震的什么

人工智能 2019-12-04 16:29:44

研究人员使用了长达20公里(粉红色)的51公里海底光纤电缆作为地震阵列来研究蒙特雷湾下的断层带。在为期四天的测试中,科学家们在45公里外的吉尔罗伊发现了一次3.5级的地震,并绘制了之前从未绘制过的断层带(黄色圆圈)。

我们现有的电信基础设施有新的潜力。一组科学家使用已经安装在加州蒙特利湾地下的光纤电缆来探测地震、获取断层信息和测量海浪。

通常,科学家们使用地震检波器来研究地震,并密切关注地球历史上形成的断层线。根据美国地质调查局(US Geological Survey)的数据,尽管71%的地球表面被水覆盖,但出于实际原因,大多数地震检波器都在陆地上。在摇晃的加利福尼亚海岸,科学家们找到了一种方便的方法来填补空白。

从地震受害者到光纤先锋:一个小村庄如何在宽带上开辟新天地

当地震袭击了Pieve di Cento周围的地区,这个村庄成为了灾难的象征。现在,该地区正在向其他未参与电信公司光纤铺设计划的小镇展示如何确保超高速宽带能够到达这些小镇。

阅读更多

在本周《科学》杂志上发表的一篇论文中,来自加州大学伯克利分校、劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)、蒙特里湾水族馆研究所(MBARI)和莱斯大学的研究人员描述了这项实验。他们重新利用了原先安装在海底用于海洋学目的的现有光纤电缆。

“基本上,我们把一根科学电缆变成1万个地震仪的1万个组件,这样我们就可以做密集的、大阵列地震学,”该研究的第一作者、加州大学伯克利分校的博士研究生内特·林赛解释说。

我们采访了来自莱斯大学和伯克利实验室的林赛和他的同事乔纳森·阿乔·富兰克林,以了解他们是如何利用通讯电缆来监测地震和其他地震事件的。在为期四天的实验中,他们记录了一次3.5级的地震,以及来自大陆架进入深海区域的水下断裂带的地震散射。

蒙特雷湾的西海岸科学中心位于地震危险区,圣格雷戈里奥和圣安德烈亚斯断层系统连接在一起。即使在美国这个地震活跃的地区,也没有很多关于地球表面情况的数据,因为它被海洋覆盖着。

“在海洋里工作很难。这很贵,而且你不能长时间放置传感器,”林赛说。“利用光纤传感技术,我们可以从岸上获取断层信息,还可以对海浪进行测量。”

这项新技术可能有助于解决目前海底地震监测方法面临的一些最大挑战。传统上,科学家将使用船只到海洋中去,并将仪器投入海洋中进行地震监测。但是传感器的功率有限,它们是在水的压力下工作的。

蒙特雷加速研究系统(MARS)是位于蒙特雷湾地下891米(2923英尺)的海底科学仪器的节点,它通过一条52公里(32英里)长的海底电缆与海岸相连,传输数据和电力。大约20公里长的电缆被用来在海底测试一个被称为“光子地震学”的新概念。

“另一个组件是获取数据,”Ajo-Franklin解释道。“因为当你在海底的时候,你不能使用收音机,因为海水的电导率很高。所以你不能做无线电波遥测。”

为了将海底电缆转换成地震检波器,研究人员使用了一种称为分布式声波传感(DAS)的技术。光缆内部是光纤,基本上是长串的玻璃。DAS涉及到将激光快速脉冲射入光纤,并检测由于光纤中的天然杂质而散射回激光源的光位。

当地球表面振动和移动时,它会拉动电缆,所以探测器可以识别出这些背向散射的微小变化。

Ajo-Franklin说:“我们使用激光、反向散射和干涉测量技术,对光纤上每个位置的应变进行非常敏感的测量。”他补充说,“因为我们知道光在光纤中传播的速度,时间等于沿光纤的距离,所以它不是一个拉力的测量,而是在所有这些不同的空间窗口进行10000次测量。”

这种技术会产生大量难以处理的数据。

“你以千赫兹或每秒500个样本的速度运行,在我们的例子中,这样每天会产生tb级的数据,”Lindsey说。

理论上,你可以利用所有的电信基础设施来寻找地震。虽然无线和卫星技术很流行,但老式的电缆仍然是跨洋传送信息的最有效方式。我们享受的用于通信和娱乐的无线连接实际上是连接在大陆之间的近75万英里的电缆上。

有几个昂贵的后勤挑战,如安装DAS设备和安装和传输所有数据。另外,地震检波器可能会干扰电缆的原始用途——遥测技术。在未来,研究人员建议这个问题可以用类似于我们用来优化无线通信的频谱共享标准的方法来解决。

“你可以想象你有一个专用的波长片,而不是专门用来做某件事的专用光纤,”Ajo-Franklin说。

将所有海底电缆都转换成地震检波器可能不太现实,但有一些优先级更高的地区将会受益最大:近海断裂带。利用这项新技术对海底电缆进行改造,可以让科学家持续监测以前难以到达的高风险区域。这将有助于缩短地震和海啸预警系统的时间。

目前,这项新研究正在帮助地球科学家观察和了解断层系统以及隐藏在海洋下面的地震活动。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时候联系我们修改或删除,多谢。