Glasvezels als seismometer

Datalijnen detecteren achtergrondbewegingen op een verrassend nauwkeurige en gedetailleerde manier

Glasvezelkabels zijn niet alleen snelle gegevensgeleiders, ze zijn ook geschikt als aardbevingssensoren © Kynny / iStock
voorlezen

Telltale lichtpulsen: in de toekomst kunnen telecommunicatie glasvezelnetwerken ook dienen als aardbevingssensoren. Zoals een piloottest op IJsland bewijst, reageren deze lijnen op de kleinste bewegingen van de ondergrond - en onthullen dit door karakteristieke veranderingen in hun lichtpulsen. Dergelijke glasdetectoren zouden daarom een ​​goedkope en bijna alomtegenwoordige aanvulling op gemeenschappelijke seismometer-netwerken zijn, volgens de onderzoekers in het tijdschrift "Nature Communications".

Glasvezelkabels vormen de ruggengraat van de moderne telecommunicatie, omdat daarin de gegevens als lichtflitsen over de hele wereld stromen. Deze kabels hebben lang geleden dichte netten gevormd in de ondergrond en steken zelfs oceanen over als onderzeese kabels. En dat is precies wat het interessant maakt voor geo-onderzoekers. Omdat de datalijnen precies zijn waar aardbevingen en andere trillingen zich voordoen - in de ondergrondse.

Verdwaald licht als een bewegingsmelder

Het opwindende is dat, net als seismometers, glasvezelkabels erg gevoelig zijn voor bewegingen en trillingen op de grond. "Wanneer een aardbevingsgolf doordringt, strekt deze zich uit en comprimeert de lokale ondergrond - en daarmee ook de glasvezelkabel die erin ligt", legt Philippe Jousset van de Duitse GeoForschungsZentrum Potsdam en zijn collega's uit. Deze veranderingen veranderen de lasersignalen en hun verstrooide licht in de lijn - waardoor ze sensoren worden.

Jousset en zijn collega's hebben nu getest hoe goed glasvezelkabels geschikt zijn voor seismische metingen in IJsland. Ze gebruiken een glasvezelkabel die sinds 1994 op het IJslandse schiereiland Reykjanes voor telecommunicatie wordt gebruikt. Voor de test stuurden de onderzoekers laserlichtpulsen door een glasvezelstreng van 15 kilometer en analyseerden de binnenkomende lichtgolven. Ze zijn de eerste ter wereld die seismische metingen uitvoeren met behulp van glasvezel en over zulke lange afstanden.

Visuele signalen van een lokale beving maken een geologische verstoring zichtbaar © Jousset et al./ Nature Communications, CC-by-sa 4.0

Verrassend gedetailleerd

Het verrassende resultaat: "Onze glasvezelkabelmetingen maakten de achtergrond veel nauwkeuriger dan ooit", meldt Jousset. "Ze gaven signalen uit punten om de vier meter - zo dicht is een netwerk van seismografen." De mijllange "ketting" registreerde de kleinere aardbevingen die op IJsland plaatsvinden, maar ook schokken door verre aardbevingen, langzame grondvervormingen of explosies. tonen

Het belangrijkste is dat de seismologische gegevens de onderzoekers in staat stelden om de foci van de aardbeving en de structuur van de geologische fouten in het gebied te lokaliseren alsof ze een sonar gebruikten. Ze vonden ook bewijs van een andere, voorheen onbekende breukzone in de ondergrond.

Fout op IJsland. De locatie van dergelijke fouten kan worden bepaald met behulp van glasvezelkabels. Philippe Jousset / GFZ

Bijzonder geschikt voor agglomeraties

"Dit toont aan dat conventionele glasvezelkabels voor telecommunicatie kunnen worden gebruikt als quasi-continue ketens van zeer gevoelige sensoren, " merken Jousset en zijn collega's op. De transmissienetwerken kunnen zo een gunstig en bijna alomtegenwoordig instrument van seismologie worden.

"Gezien het aardbevingsrisico dat bestaat in veel grootstedelijke gebieden zoals San Francisco, Mexico City, Tokio, Istanbul en vele andere, biedt onze methode een kosteneffectieve en uitgebreide aanvulling op bestaande aardbeving meetinstrumenten ", zegt co-auteur Charlotte Krawczyk van de GFZ. Nader onderzoek moet nu aantonen of diepzeekabels ook voor dergelijke metingen kunnen worden gebruikt. Ze konden vervolgens zeebevingen en continentale plaatbewegingen vastleggen en gegevens over de waterdruk verzamelen. (Nature Communications, 2018; doi: 10.1038 / s41467-018-04860-y)

(Duits onderzoekscentrum voor geowetenschappen GFZ, 04.07.2018 - NPO)