Международная группа ученых-геологов под руководством Калифорнийского технологического института использовала оптоволоконные кабели связи, проложенные на дне Северного моря, в качестве гигантской сейсмической сети, отслеживающей как землетрясения, так и океанские волны.
Проект был частично проверкой концепции. Океаны покрывают две трети земной поверхности, но размещение постоянных сейсмометров под водой обходится непомерно дорого. Тот факт, что волоконно-оптическая сеть смогла обнаружить и записать землетрясение магнитудой 8,2 недалеко от Фиджи в августе 2018 года, доказывает способность этой технологии заполнять некоторые массивные слепые зоны в глобальной сейсмической сети, говорит аспирант Калифорнийского технологического института Итан Уильямс (Ethan Williams). МС '19). Уильямс является ведущим автором исследования проекта, опубликованного Nature Communications 18 декабря.
«Оптоволоконные кабели связи становятся все более и более распространенными на морском дне. Вместо того, чтобы размещать совершенно новое устройство, мы можем подключиться к этому волокну и немедленно начать наблюдать за сейсмичностью», - говорит Уильямс.
Проект основан на технологии, называемой распределенным акустическим зондированием или DAS. DAS был разработан для разведки энергетических ресурсов, но был перепрофилирован для сейсмологии. Датчики DAS направляют луч света по оптоволоконному кабелю. Крошечные дефекты в кабеле отражают незначительное количество света, что позволяет дефектам действовать как «путевые точки».«По мере того, как сейсмическая волна толкает оптоволоконный кабель, путевые точки мгновенно меняются, изменяя время прохождения отраженных световых волн и, таким образом, позволяя ученым отслеживать распространение волны. Прибор DAS, использованный в этом исследовании, был построен и эксплуатируется группа из испанского университета Алькала под руководством соавтора исследования Мигеля Гонсалеса-Эрраеса.
Недавно Zhongwen Zhan из Калифорнийского технологического института (MS '08, PhD '13) начал развертывание DAS для сейсмологии. Например, он и его коллеги отслеживали повторные толчки после землетрясения в Риджкресте в Калифорнии, используя оптоволокно, протянувшееся вдоль автострады 395 штата, а также подключились к оптоволоконной сети города Пасадена, чтобы создать общегородскую сеть обнаружения землетрясений.
«DAS морского дна - это новый рубеж в геофизике, который может принести на порядки больше подводных сейсмических данных и новое понимание недр Земли и основных разломов», - говорит Чжан, доцент кафедры геофизики и соавтор исследования. исследование.
Для проекта в Северном море Уильямс, Чжан и их коллеги использовали отрезок оптоволоконного кабеля длиной 40 000 метров, который соединяет ветряную электростанцию Северного моря с берегом. В кабеле миллионы крошечных дефектов, поэтому они усреднили дефекты в каждом 10-метровом сегменте, создав массив из более чем 4000 виртуальных датчиков.
«По щелчку выключателя у нас есть массив из 4000 датчиков, размещение которых стоило бы миллионы», - говорит Уильямс.
Благодаря высокой степени чувствительности сети массив Северного моря смог отслеживать крошечные, не связанные с землетрясением сейсмические шумы (или «микросейсмы») и нашел доказательства, подтверждающие давнюю теорию о том, что микросейсмы являются результатом океанские волны.
В 1950 году математик и океанограф Майкл Селвин Лонге-Хиггинс предположил, что сложное взаимодействие океанских волн может оказывать достаточное катящее давление на морское дно, чтобы генерировать так называемые волны Шольте - тип сейсмической волны, которая возникает на границе жидкости и твердого тела. Отслеживая как океанские волны, так и соответствующие микросейсмы, массив Северного моря показал, что микросейсмы могут быть результатом взаимодействия океанских волн.