Τα καλώδια οπτικών ινών μπορούν να παράγουν υπόγειους χάρτες υψηλής ανάλυσης

Μια σειρά από σεισμούς και μετασεισμούς συγκλόνισαν την περιοχή Ridgecrest στη Νότια Καλιφόρνια το 2019. Η κατανεμημένη ακουστική ανίχνευση (DAS) με χρήση καλωδίων οπτικών ινών επιτρέπει την υποεπιφανειακή απεικόνιση υψηλής ανάλυσης, η οποία μπορεί να εξηγήσει την παρατηρούμενη ενίσχυση του σεισμού.

Το πόσο κινείται το έδαφος κατά τη διάρκεια ενός σεισμού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις ιδιότητες των πετρωμάτων και του εδάφους ακριβώς κάτω από την επιφάνεια της Γης.Οι μελέτες μοντελοποίησης υποδηλώνουν ότι η δόνηση του εδάφους ενισχύεται σε ιζηματογενείς λεκάνες, στις οποίες συχνά βρίσκονται κατοικημένες αστικές περιοχές.Ωστόσο, η απεικόνιση της δομής κοντά στην επιφάνεια γύρω από τις αστικές περιοχές σε υψηλή ανάλυση ήταν προκλητική.

Οι Yang et al.έχουν αναπτύξει μια νέα προσέγγιση χρήσης κατανεμημένης ακουστικής ανίχνευσης (DAS) για την κατασκευή μιας εικόνας υψηλής ανάλυσης δομής κοντά στην επιφάνεια.Το DAS είναι μια αναδυόμενη τεχνική που μπορεί να μεταμορφώσει τα υπάρχοντακαλώδια οπτικών ινώνσε σεισμικές συστοιχίες.Παρακολουθώντας τις αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο οι παλμοί φωτός διασκορπίζονται καθώς ταξιδεύουν μέσα από το καλώδιο, οι επιστήμονες μπορούν να υπολογίσουν μικρές αλλαγές καταπόνησης στο υλικό που περιβάλλει την ίνα.Εκτός από την καταγραφή σεισμών, το DAS έχει αποδειχθεί χρήσιμο σε μια ποικιλία εφαρμογών, όπως η ονομασία της πιο δυνατής μπάντας στην Παρέλαση των Ρόδων του 2020 και η αποκάλυψη δραματικών αλλαγών στην κυκλοφορία των οχημάτων κατά τη διάρκεια παραγγελιών διαμονής στο σπίτι λόγω COVID-19.

Προηγούμενοι ερευνητές επαναχρησιμοποίησαν ένα τμήμα ινών μήκους 10 χιλιομέτρων για να ανιχνεύσουν μετασεισμούς μετά τον σεισμό μεγέθους 7,1 Ρίτζκρεστ στην Καλιφόρνια τον Ιούλιο του 2019. Η συστοιχία DAS τους εντόπισε περίπου έξι φορές περισσότερους μικρούς μετασεισμούς από τους συμβατικούς αισθητήρες κατά τη διάρκεια μιας περιόδου 3 μηνών.

Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές ανέλυσαν συνεχή σεισμικά δεδομένα που παράγονται από την κυκλοφορία.Τα δεδομένα του DAS επέτρεψαν στην ομάδα να αναπτύξει ένα μοντέλο ταχύτητας διάτμησης κοντά στην επιφάνεια με ανάλυση υποχιλιόμετρου δύο τάξεις μεγέθους υψηλότερη από τα τυπικά μοντέλα.Αυτό το μοντέλο αποκάλυψε ότι σε όλο το μήκος της ίνας, οι τοποθεσίες όπου οι μετασεισμοί παρήγαγαν περισσότερη κίνηση του εδάφους αντιστοιχούσαν γενικά με εκείνες όπου η ταχύτητα διάτμησης ήταν χαμηλότερη.

Μια τέτοια χαρτογράφηση σεισμικού κινδύνου λεπτής κλίμακας θα μπορούσε να βελτιώσει τη διαχείριση αστικών σεισμικών κινδύνων, ειδικά σε πόλεις όπου μπορεί να υπάρχουν ήδη δίκτυα οπτικών ινών, προτείνουν οι συγγραφείς.