深海光缆如何“改变”我们对地震的探测

在离美洲西海岸许多英里的地方,一条海底电缆连接着加利福尼亚的洛杉矶和智利的瓦尔帕莱索。端到端的拉伸,它等于地球直径的五分之四。电缆为光纤;这是两大洲之间传输数据的生命线。但根据最新研究,这种电缆可以很容易地发挥双重作用:减轻地震和海啸的灾难性影响。

这一结果来自于地球物理学家和网络工程师的跨学科合作,他们研究了通过电缆传输的光的偏振扰动。该团队周三发表在《科学》(Science)杂志上的这篇论文已经申请了一项专利。

“这有科学和社会意义,”新论文的第一作者詹仲文在视频通话中说,他是加州理工学院的地球物理学家。“我们大多数用于探测地震和研究地球内部情况的地球物理传感器都在陆地上,但很多最重要的地质过程都发生在海洋中。我们利用海洋中已经存在的电缆,以一种相对可扩展的方式来探测地震。我们认为在未来,我们可以将其用于地震和海啸的早期预警。”

在我们生活的这个的网络世界里,一个按钮就可以播放一个世纪前拍摄的电影,你可以与地球另一端的人面对面交谈,光纤电缆承载了大量的信息负荷。像谷歌的“居里”电缆这样的海底电缆不断地以极快的速度传输大量数据,以保持世界的连接。

电缆中不可避免的缺陷意味着当数据在任意方向通过时,光的偏振也会发生变化。其他的干扰,比如温度波动和人类活动,会进一步扰乱电缆的极化。但在深海,温度相对稳定,而且很少有人类。这就意味着,当地震波在环境中波动或海洋上涌通过时,可以明显地检测到它是如何扭曲海底电缆的。

该研究的作者认为,由于海底的地震学研究既费时又昂贵,因此读取这种深海电缆极化的波动是一种廉价、权宜之计的替代方法。有大量的海底电缆可以读取这些数据。虽然居里电缆的直径约为地球直径的五分之四,但整个海底电缆网络可以环绕地球20圈。在该小组半个世纪以来记录的其他地球物理事件中,居里电缆探测到了去年6月袭击墨西哥瓦哈卡的7.1级地震。

当研究小组第一次发现电缆信号中的扰动,并将其与地震联系起来时,“这完全出乎意料,”詹教授说。“从来没有人通过观察电信信号本身来探测到地震。”

在该小组的观测中,他们识别出了20次地震和30次海浪。重要的是,研究小组目前还不能探测到任何地震事件的震中——电缆只能探测到扰动——但是詹晓宁说,沿着这条路,可以通过观察不同电缆上的扰动极化来对地震震中进行三角测量。

“我认为这将改变我们作为地震学家观察海洋的方式,”华盛顿大学(University of Washington)的地震学家威廉·威尔科克(William Wilcock)在电话中说,他与这篇新论文无关。威尔考克最近在《科学》杂志上发表了一篇关于詹其雄团队研究成果的展望文章。“在我所在的地区,人们对近海的卡斯卡迪亚潜没带有很大的担忧,对于如何开发近海基础设施以提高我们对该区域的监测有很多想法。用专门的系统来做这件事需要数亿美元。但是,能够潜在地使用商业电缆来实现这些目标,至少在一定程度上是一个巨大的福音。”

总的来说,电信业是否会采用这种倾听地球的方法还有待观察。可以肯定的是,这个团队已经证明我们可以通过玩《使命召唤》或发送家庭照片的副产品来监听地球的地震活动,这也许能让我们更好地为接下来发生的小地震或大地震做好准备。

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/dili/946.html