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海底電纜將變成數十億個潛在的地震傳感器

儀表產業 2019年12月26日 09:30:36 來源:傳感器專家網人氣:5256
  【儀表網 儀表產業】據外媒報道,科學家首次證明,可以利用海底通信電纜探測地震波在海底的傳播。根據他們的觀察,這種現有的基礎設施可以用來檢測地震、以及涌浪和水下噪聲。這一結果發表在2019年12月18日的《自然通訊》雜志上,CNRS、OCA、IRD和蔚藍大學的研究人員、Fébus Optics公司和馬賽微粒物理中心(CNRS/Aix馬賽大學)合作,在Géoazur實驗室進行了合作。
 
  圖1 位于弗雷瑞斯(Var)以北的1.9級地震產生的地震波記錄在沿土倫附近海底部署的41公里長的光纜上。在右側的記錄中,每條線對應一個沿著電纜的測量點,從海岸(頂部)到大海(底部)。(41公里的電纜相當于6000多個傳感器)。各個測量點處的波到達時間之差用于確定地震的位置。來源:Diane Rivet
 
  該海底有120萬公里的通訊電纜縱橫交錯(是地球到月球距離的三倍)。它們由光纖組成,便于我們通過電話、短信和電子郵件進行通信。未來它們很快就會扮演一個新的角色——探測聲波和地震波。
 
  在這里,科學家們使用了一條41公里長的電纜,部署在法國南部土倫海岸外,從2500米深處的MEUST NUMerEnv水下觀測臺的傳感器中獲取數據。他們開發的方法利用了光纖中的少量雜質,這些雜質會將其攜帶的部分光發送回發射器。通過拉伸或收縮光纖,地震波或聲波的傳播會改變這些雜質之間的距離,從而使反向散射信號發生微小的改變。然而,他們需要證明這些差異是可檢測的,因為在海底電纜中,光纖被數個絕緣層包圍。
 
  通過向光纖中注入光脈沖并分析反向散射信號,研究小組將41公里長的光纖轉換為6000多個地震傳感器。在試驗期間發生的1.9級地震在每個測點都被探測到,其靈敏度接近沿海地震臺的靈敏度,即使它位于距離電纜100公里的地方(圖1)。
 
圖2 沿光纖前8公里記錄的涌浪效果。來源:Diane Rivet
 
  但這并不是全部:測量點還對在海洋中傳播的波浪(例如由浪涌產生的波浪)敏感。作者記錄了海浪對海岸附近海底的影響,以及海浪對深海平原的影響,海浪在海底平原上產生“地震背景噪音”。傳感器使人們首次觀察到這些微小的振動是如何產生的,這些微小的振動不斷與地球內部相互作用,從而使地球物理學家能夠探測其結構。
 
  研究人員認為,一根電信電纜,更像是一串串麥克風,可以用同樣的方式探測船只和鯨目動物產生的水下噪音。
 
  面對在海底部署儀器的后勤和財務挑戰,電信電纜可以提供一種方法,使我們更好地了解覆蓋地球表面三分之二的這一未知地形,并解決一系列科學和社會問題,如地震、海岸侵蝕、生命、海洋和固體地球等之間的相互作用。
 
  未來幾年,電信運營商將逐步淘汰一定數量的目前正在使用的電纜,多虧了這項研究,這些電纜很快就可以重獲新生。
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