Die Seismologen von Caltech haben in Zusammenarbeit mit den Optikexperten von Google eine Methode entwickelt, mit der vorhandene Unterwasserkommunikationskabel zur Erkennung von Erdbeben verwendet werden können.
Ein riesiges Netzwerk von über einer Million Kilometern Glasfaserkabeln befindet sich am Boden der Ozeane der Erde. In den 80er Jahren begannen Telekommunikationsunternehmen und Regierungen, diese Kabel zu verlegen, die sich über Tausende von Kilometern erstrecken können. Heute gilt das globale Netzwerk als Rückgrat der internationalen Telekommunikation.
Wissenschaftler haben lange nach einer Möglichkeit gesucht, diese untergetauchten Kabel zur Überwachung zu verwenden Seismizität. Immerhin sind über 70 % der Erde von Wasser bedeckt und es ist äußerst schwierig und teuer, Unterwasserseismometer zu installieren, zu überwachen und zu betreiben, um Erdbeben unter dem Meer zu verfolgen.
Um Erdbeben und Tsunamis zu erkennen, müssen wir bereits ein Netzwerk ausnutzen
Das Ideal, sagen die Forscher, sei es, die Seismizität mithilfe der bestehenden Infrastruktur entlang des Meeresbodens zu überwachen.
Uhr Zhongwen Zhan, PhD, Assistenzprofessor für Geophysik, und seine Kollegen am Caltech entwickelten eine Methode zur Analyse von Licht, das durch "eingeschaltete" Fasern (die vorhandenen und funktionierenden Unterwasserkabel) wandert, um Erdbeben und Meereswellen ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Ausrüstung zu erkennen.
Die neue Methode ist in der Zeitschrift Science beschrieben.
„Diese neue Technik kann wirklich die meisten Unterwasserkabel in geophysikalische Sensoren verwandeln, die Tausende von Kilometern lang sind, um in Zukunft Erdbeben und möglicherweise Tsunamis zu erkennen“, sagt Zhan.
Wir glauben, dass dies die erste Lösung zur Überwachung von Erdbeben auf dem Meeresboden ist, die auf praktikable Weise auf der ganzen Welt implementiert werden könnte. Es könnte das bestehende Netzwerk von bodengestützten Seismometern und Tsunami-Überwachungsbojen ergänzen, um die Erkennung von Unterwasserbeben und Tsunamis viel schneller zu machen.
Zhongwen Zhan, Caltech
Wie die Methode zur Erkennung von Tsunamis und Erdbeben mit Unterwassertelekommunikationskabeln funktioniert
Kabelnetze funktionieren durch die Verwendung von Lasern, die Informationsimpulse senden. Sie tun dies über Glasfasern, die Daten mit Geschwindigkeiten von über 200.000 Kilometern pro Sekunde an die Empfänger am anderen Ende liefern.
In ihrer Arbeit konzentrierten sich die Forscher auf Curie-Kabel, ein unterseeisches Glasfaserkabel, das sich über 10.000 Kilometer entlang des östlichen Rands des Pazifischen Ozeans von Los Angeles nach Valparaiso, Chile, erstreckt.
An Land können alle Arten von Störungen (z. B. Temperaturänderungen und sogar Blitzeinschläge) die Polarisation des durch Glasfaserkabel übertragenen Lichts verändern. Da die Temperatur in der Tiefsee nahezu konstant bleibt und es dort kaum Störungen gibt, bleibt die Polarisationsänderung von einem Ende des Curie-Kabels zum anderen über die Zeit ziemlich stabil.
Außer bei Erdbeben und wenn Stürme große Meereswellen erzeugen. In diesem Fall ändert sich die Polarisation plötzlich und drastisch, sodass Forscher solche Ereignisse in den Daten leicht identifizieren können.
Wie diese Methode die Tsunami und Erdbebenerkennung verändern kann
Heute dauert es Minuten, bis die seismischen Wellen von Erdbeben, die meilenweit von der Küste entfernt auftreten, die Seismometer der Erde erreichen. Und noch mehr Zeit wird für Tsunamis benötigt. Mit dieser neuen Technik fungiert die gesamte Länge eines Unterseekabels als ein einziger Sensor, der die Situation bis zu 20 Mal pro Sekunde misst. Dies bedeutet, dass bei einem Erdbeben in der Nähe eines bestimmten Gebiets innerhalb von Sekunden eine Warnung an potenziell betroffene Gebiete gesendet werden kann.
Während der neunmonatigen Tests, über die in der neuen Studie berichtet wurde, stellten die Forscher etwa 20 mittelschwere bis große Erdbeben entlang des Curie-Kabels fest. Darunter das Erdbeben der Stärke 7,7, das am 28. Januar 2020 vor der Küste Jamaikas stattfand.
Zhan und seine Kollegen bei Caltech entwickeln derzeit einen Algorithmus für maschinelles Lernen. Es wäre in der Lage zu bestimmen, ob die erkannten Änderungen der Polarisation durch Erdbeben oder Tsunamis oder nur durch Schiffe oder eine Krabbe, die das Kabel bewegt, hervorgerufen werden.
