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, von denen jedes Tausende von Kilometern lang sein kann. Das globale Netzwerk gilt heute als das Rückgrat der internationalen Telekommunikation.
Wissenschaftler haben lange nach einer Möglichkeit gesucht, diese untergetauchten Kabel zur Überwachung zu verwenden Seismizität. Immerhin sind über 70% der Welt mit 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, so die Forscher, besteht darin, die Seismizität mithilfe der vorhandenen Infrastruktur entlang des Meeresbodens zu überwachen.
Uhr Zhongwen ZhanPhD, Assistenzprofessor für Geophysik, hat mit seinen Kollegen bei Caltech eine Methode entwickelt, um Licht zu analysieren, das durch "On" -Fasern (die vorhandenen und funktionierenden Unterwasserkabel) wandert, um Erdbeben und Meereswellen ohne zusätzliche Ausrüstung zu erkennen.
Die neue Methode ist in der Zeitschrift Science beschrieben.
„Diese neue Technik kann die meisten Unterseekabel wirklich in tausende Kilometer lange geophysikalische Sensoren umwandeln, um Erdbeben und möglicherweise Tsunamis in Zukunft zu erkennen“, sagt Zhan.
Wir glauben, dass dies die erste Erdbebenüberwachungslösung für den Meeresboden ist, die weltweit auf praktikable Weise implementiert werden kann. Es könnte das bestehende Netzwerk von bodengestützten Seismometern und Tsunami-Überwachungsbojen ergänzen, um die Erkennung von Unterwassererdbeben und Tsunamis erheblich zu beschleunigen.
Zhongwen Zhan, Caltech
Wie die Methode zur Erkennung von Tsunamis und Erdbeben mit Unterwassertelekommunikationskabeln funktioniert
Kabelnetzwerke arbeiten mit Lasern, die Informationsimpulse senden. Sie tun dies durch Glasfasern, die Daten mit einer Geschwindigkeit von mehr als 200.000 Kilometern pro Sekunde an die Empfänger am anderen Ende liefern.
In ihrer Arbeit konzentrierten sich die Forscher auf Curie-Kabel, ein U-Boot-Glasfaserkabel, das sich über 10.000 Kilometer entlang des östlichen Randes des Pazifischen Ozeans von Los Angeles nach Valparaiso, Chile, erstreckt.
An Land können alle Arten von Störungen (wie Temperaturänderungen und sogar Blitzeinschläge) die Polarisation des durch Glasfaserkabel fließenden Lichts verändern. Da die Temperatur in der Tiefsee nahezu konstant bleibt und dort nur geringe Störungen auftreten, 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 kilometerweit von der Küste entfernt auftreten, die Seismometer der Erde erreichen. Und für Tsunamis wird noch mehr Zeit benötigt. Mit dieser neuen Technik fungiert die gesamte Länge eines U-Boot-Kabels 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.
