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海底電纜:數(shù)十億潛在的地震傳感器
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/10/14

位于弗雷瑞斯(瓦爾)以北的1.9級地震產(chǎn)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(cè)的記錄中,每條線對應(yīng)一個(gè)沿著電纜的測量點(diǎn),從海岸(頂部)到大海(底部)。(41公里的電纜相當(dāng)于6000多個(gè)傳感器)。各個(gè)測量點(diǎn)處的波到達(dá)時(shí)間之差用于確定地震的位置。


科學(xué)家首次證明,可以使用海底通訊電纜檢測地震波在海底的傳播。根據(jù)他們的觀察,這種現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施可用于檢測地震以及涌浪和水下噪聲。研究結(jié)果于2019年12月18日發(fā)表在《自然通訊》雜志上,來自CNRS,OCA,IRD和蔚藍(lán)大學(xué)的研究人員與FébusOptics公司和物理中心合作,在Géoazur實(shí)驗(yàn)室合作馬賽顆粒(CNRS /艾克斯-馬賽大學(xué))。


該海底由通信電纜120萬平方公里(三次從地球到月球的距離)縱橫交錯(cuò)。它們由光纖組成,通過電話,SMS和電子郵件方便了我們的大部分通信。他們很快就會扮演新的角色,即檢測聲波和地震波。


在這里,科學(xué)家們使用一條位于法國南部土倫海岸外的41公里長的電纜,從2500 m深度的MEUST-NUMerEnv水下觀測臺的傳感器中檢索數(shù)據(jù)。他們開發(fā)的方法利用了光纖中的少量雜質(zhì),這些雜質(zhì)會將其攜帶的部分光發(fā)送回發(fā)射器。通過拉伸或收縮光纖,地震波或聲波的通過會微小地改變這些雜質(zhì)之間的距離,從而使反向散射信號發(fā)生微小變化。然而,他們需要證明這些差異是可檢測的,因?yàn)樵诤5纂娎|中,光纖被數(shù)個(gè)絕緣層包圍。


通過將光脈沖注入光纖并分析反向散射信號,該小組將41公里的光纖轉(zhuǎn)換為6000多個(gè)地震傳感器。即使在距電纜100公里以上的地方,在每個(gè)測量點(diǎn)都檢測到1.9級地震,其靈敏度接近沿海地震臺(圖1)。

動畫顯示了沿光纖的前八公里記錄的膨脹效果。信用:黛安·里維(Diane Rivet)

但這還不是全部:這些測量點(diǎn)還對在海洋中傳播的波浪(例如由浪涌產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生的,這些微小的振動不斷與地球內(nèi)部相互作用,從而使地球物理學(xué)家能夠探測其結(jié)構(gòu)。


研究人員認(rèn)為,一條電信電纜,就像一串麥克風(fēng)一樣,可以用同樣的方式來檢測船舶和鯨類動物產(chǎn)生的水下噪聲。


面對在海底部署儀器的后勤和財(cái)務(wù)挑戰(zhàn),電信電纜可以提供一種增進(jìn)我們對覆蓋地球三分之二表面的隱姓埋名的理解的方式,并解決諸如地震等廣泛的科學(xué)和社會問題,海岸侵蝕,生命,海洋與固體地球之間的相互作用等。


未來幾年,電信運(yùn)營商將逐步淘汰目前正在使用的某些電纜。由于這項(xiàng)研究,他們很快就可以重獲新生。


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