承载全球互联网流量的海底电缆也可以探测到地震

海底电缆,例如美国和西班牙之间的这种连接,可以用作地震传感器。

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承载全球互联网流量的海底电缆也可以探测到地震

大约70%的地球表面被水覆盖,但几乎所有的地震探测器都在陆地上。 除了一些昂贵的电池供电传感器掉落到海底并随后被取回,以及一些近岸探测器阵列连接到陆地之外,地震学家无法监测通过海底波及有时会造成海啸的地震。

现在,本周在“ 科学”杂志网上描述的一项技术超过100万公里的光缆,这些光缆穿过海底并传输全球的互联网和电信流量。 通过寻找沿着电缆传输的光信号的微小变化,科学家们可以检测并潜在地定位地震。

该技术只需要在电缆两端的激光器,并且可以接入电缆带宽的一小部分。 至关重要的是,它不需要修改电缆本身,也不会干扰其日常使用。 科罗拉多大学博尔德分校的地震学家安妮·希恩(Anne Sheehan)说,这种方法“可能会改变游戏规则”,但他没有参与这项工作。 “来自海洋地区的更多观测可能会填补一些相当大的空白。”

英国特丁顿国家物理实验室的计量学家朱塞佩·马拉(Giuseppe Marra)说,这是一次意外发现,他开始研究连接欧洲实验室原子钟的光纤链路。 他正在测试从Teddington到英国雷丁的79公里埋地电缆的连接,并依赖于稳定的共振激光环。 电缆附近的振动 - 即使是上面的交通噪音 - 也会在不知不觉中弯曲它。 这可以使光的行进距离缩短或延长小于人发的宽度,使共振光束稍微偏离相位。

马拉习惯于光纤上的背景噪音。 但是当他回顾2016年10月的数据时,他看到的噪音超过了平均噪音。 事实证明,那个月晚些时候发生在意大利中部的5.9级和6.5级地震的局部影响。 “这是一个非常有启发性的时刻,”马拉说。 他意识到,这种噪音指出了一种探测地震的新方法。

马拉想知道这项技术是否可以扩展到海洋,环境可能更安静。 他和他的同事们使用连接马耳他和意大利西西里岛的96公里海底电缆,在地中海发现了3.4级地震。 他们无法确定它。 但他说,通过从两端向电缆射出激光,科学家们可以发现异相信号的传播时间差异,这可以揭示地震首先导致电缆中断的地方。 他说,用这种方式配备三根或更多根电缆,地震在地壳中的确切位置可以进行三角测量。

联系起来

超过100万公里的海底光缆穿梭于各大洲之间的互联网和电信业务。 科学家希望将这些电缆用作地震探测器。

现有 海底电缆 计划
TeleGeography,改编自N. Desai / Science

洛斯阿拉莫斯国家地震学家Charlotte Rowe说,通过填充海洋地壳中的“地震沙漠”并显示海底地震发生的地点和频率,该方法可以照亮新的断层构造和构造板块碰撞或裂开的区域。新墨西哥州的实验室。 她说,如果光学信号的强度显示出地震的大小,它也可能有助于海啸预警系统。

除了绘制地震图,Rowe认为有线网络可以锐化地球内部的图像。 像计算机断层扫描(CT)扫描中的X射线一样,来自大地震的地震波传递着它们通过的岩石密度的线索。 从多个传感器接收的交错波中,地震学家可以构建地幔对流的三维图像,其中热羽流向上,冷构造板向地球核心倾斜。 来自海底电缆的数据可以填补这些地震CT扫描中的盲点。 但Rowe表示,在使用有线信号进入深地之前,调查人员必须更好地解释有线信号。

马拉说,这项新技术非常灵敏,能够在数千公里宽的海洋盆地中发挥作用。 它需要在电缆的每一端增加一个小型激光器和光学设备,成本约为50,000美元,并且只能接入典型电缆中的数百个通道中的一个。 海洋专家公司网络开发总监Stephen Lentz表示,租用专用频道每年花在跨太平洋电缆上的费用大约为10万美元,而在北美和欧洲之间的费用要少得多。佛罗里达斯图尔特。 “坦率地说,这是有线电视所有者可以捐赠服务并进行税收核销的事情。分享未使用的波长很少或根本没有。”

檀香山夏威夷大学的物理海洋学家布鲁斯豪说,这是非常重要的,他带领一个工作小组探索如何使用地震,压力和温度传感器探测新的海洋电缆,每50至100公里。 虽然附加传感器每个大约20万美元,比独立的海底探测器便宜,但是电缆所有者一直担心影响电缆性能。 这项新技术提供了一种更便宜,更少破坏性的方式来聆听海底。 Howe称结果“有趣”,并表示他的工作组将主张进行更长时间的测试。 “应该绝对追求。”

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