地震監測激光:保護全球通信電纜的未來應用?
他們使用了一種名為布里淵光學時域反射儀(BOTDR)的激光技術,能夠近
(資料圖片)
復雜的地球海底之下,不僅蘊含著豐富的海洋生物資源,同時也悄然構建起了一張橫跨全球的電纜通信巨型網絡。不過,地震和海嘯有可能會對這些重要的電纜造成無形的破壞。目前,地球表面70%以上都是水——這無疑給監測地震活動的科學家帶來了挑戰。
然而,電纜本身提供了一種利用激光監測地震活動的潛在新技術。最近,Geo-Ocean的研究人員及其合作者就在《地球與行星科學快報》上發表了一項研究,他們使用了一種名為布里淵光學時域反射儀(BOTDR)的激光技術,能夠近乎實時地監測和診斷這些電纜結構的“健康狀況”。
通常而言,這種技術會被用于監測大型工程項目,如水壩和橋梁。而在海底環境中實施這項技術,對非常容易受損的電纜而言,意味著終于有了一種可以及時識別并進行維修的新型“診斷”方案。
科學家們使用遠程操作的部署了一根6公里長的電纜來測量海平面以下2100米的應變。為了測量西西里島卡塔尼亞海岸的地震活動,它被連接在一個巨大的29公里長的光纖電纜上。這包括發射激光(在兩小時內由數十萬個脈沖組成)穿過光纖電纜的一端,并檢測光從缺陷處散射的點,突出顯示了電纜以某種方式變形的區域。
從2020年10月開始的21個月里,他們發現電纜的長度平均增加了2.5厘米,這是由于電纜穿過海底North Alfeo Fault斷層張力引起的變形。
該地區容易發生走滑斷層(兩個構造板塊交錯滑動移位),盡管研究剖面經歷了西西里島東北部愛奧尼亞海下方一個狹窄板塊的俯沖作用,并導致從穿過斷層的點開始,兩個方向的應變達到500米。
在進一步的測試中,上述科學團隊沿著電纜每隔120米放置了79個沙袋,每個重25公斤,當電纜沉入下面的軟沉積物時,沙袋被拉伸了4厘米。重要的是,這種拉伸不僅局限于沙袋投放的區域,而且實際上影響了兩倍的間隔長度。這是一個重要的發現,因為通信電纜埋在重物下,例如由于斷層運動期間移動的塊體或沉積物滑坡,強烈的底流或渾濁流(水-沉積物混合物以每秒20米的速度快速流下斜坡),會嚴重影響通信電纜的承受這種張力和保持其完整性的能力。
盡管如此,也有積極的一面——因為電纜的彈性特性意味著一些應變隨著時間的推移而消散;因此,電纜有一定的潛力來“糾正”損壞,因此不太可能完全斷裂。
研究中的意大利地區過去曾經歷過毀滅性的地震:比如1693年的地震,僅在卡塔尼亞就造成1.2萬人死亡;時間上更近的1908年地震(在卡塔尼亞所在的卡拉布里亞弧線地區),多達8.2萬人不幸喪生。激光技術的新用途,可能意味著可以在地震發生之前識別地震活動,從而有時間制定策略,來減輕對生命、基礎設施和通信的損害。