科学家利用光纤电缆发现海底断层
787字
2019-12-03 00:38
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火星译客

内特-林赛在加利福尼亚州蒙特雷湾的一个海滨小屋里工作,他向延伸到海底的一根长长的光纤电缆发射了艺术红外激光脉冲。这条长达数英里的电缆已经在海底存在了十年,用于向海底的科学仪器传输数据,但是加州大学伯克利分校的地球科学家林赛正在尝试一些新的东西。他和他的团队已经切断了电缆与所有传感器的链连接,这样他们就可以利用纤维本身来感知海底的震动。

通过检测光线在透明光纤的传播和反射情况,林赛的研究小组能够描述埋藏在底下的土壤的结构和地形。正如他们今天在,《科学》杂志上报道的那样,这种方法是他们在距离蒙特蕾湾海岸线5英里的地方发现了一个新的水下断层。这项技术可能有助于监测和描述尚未绘制地图的大片海底,使用的是电信公司已经在大洋彼岸埋藏但并未积极使用的所谓暗光纤。

“据我所知,这是这项技术在海底使用的第一个例子,”GFZ德国地球科学研究中心的地球科学家飞利浦-乔赛特说,他曾利用光纤来感知地震和陆地上的火山活动。“有了它,他们可以观察到我们以前不知道的现象。

这种被称为分布式声波传感技术,与地球科学家通监测海底的方法截然不同。传统的水下地震检波器,每台价值10万美元,只能在一个地点检测振动。林赛说,一段12英里长的光纤电缆承担了10000台传统仪器的使用。因此,利用现有的、未使用的光纤网络可能是绘制海底地图的一个实用策略。例如,乔赛特已经与冰岛和意大利的电信公司合作,利用他们的光纤来测量陆地上的地震活动。

为了找出蒙特雷湾的故障,林赛的研究小组在2018年花了四天时间沿着光纤发送光脉冲与光纤传输数据的方式相同。大部分光线直接穿过透明的、像头发丝一样薄的玻璃。但是因为没有一种光纤是完全透明的,一些微小的光总会散射开来,反射回玻璃上的微小瑕疵。从陆上的的小屋里,林赛可以探测到反射的光线。如果环绕纤维某部分的土壤以任何方式被拉伸或压缩——也许是由于地震——反射光的特性就会改变。通过计算脉冲发射,从杂质反弹,回到岸上的时间,Lindsey可以找到扰动发生的地方。

在他们为期四天的实验中,30英里外发生了一次小地震。这种振动使纤维附近的地面发生震动,林赛的研究小组随后绘制了地震波如何让穿过这一地区的地图。根据他们的分析,他们推断出海底出现了一个意向不到的裂缝:一个新的断层。

通过绘制新的断层图,光纤电缆可以填补科学家对海洋知识继续的空白。尽管海洋占地球表面积的70%,但全世界只有不到20%的地震传感器位于海中。更详细的地图将帮助科学家们对地震和海啸做出更准确的预测。”定位小断层可以让我们更好的了解更大的断层,以及潜在的危险在哪里,“朱塞特说。

一个突如其来的挑战是光纤传感器产生大量的数据。林赛的团队在这个实验中手机了4tb的数据,放大到整个海洋,将产生一个难以维持的数据量。一些研究人员已经开始研究用机器学习压缩数据的方法。

尽管如此,林赛认为这项技术已经足够成熟,可以在未来十年成为全球公用事业,”在一些高危险地区,这将是一个很好的监测工具,"他表示。他指的是台湾、印度和美国西北部海岸的一些地方,电信电缆已经埋在那里。这种纤维可以用来观察地震,而你只需要在线观看和冷却。

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