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加利福尼亚州蒙特利湾的海底电缆

  • 2020-01-22 10:18:49

海床是地球上勘探最少的地区之一-这也适用于地震测量。但是现在美国研究人员已经证明了一种方法,该方法可以令人惊讶地轻松地检测地震,火山喷发,甚至是海床中的隐伏断层。因为代替安装新的传感器,所以还可以使用海底电缆进行此类测量,海底电缆是为Internet和其他电信目的而长期穿过海洋的电缆。激光脉冲的反向散射揭示了这些电缆的拉伸和不安定,甚至可以检测到最小的振动,如加利福尼亚海岸附近的一项测试所示。

我们星球的四分之三被海洋所覆盖,因此在海洋中发生了许多与地质和地球物理相关的过程。例如,大多数地震和大约80%的火山喷发都是在水下发生的,而且许多板块边界和断层也在大陆沿岸。加利福尼亚大学伯克利分校的主要作者纳撒尼尔·林赛解释说:“海底急需更多的地震学。” 但是在海床上安装新的地震仪和其他测量仪器非常复杂且相应地昂贵:您需要将其携带的船以及潜水机器人或潜水员安装在底部。还需要强大的电池或其他电源来操作设备。

光纤地震仪中光子的散射

现在可以通过一种方法来提供海洋测量间隙的解决方案,该方法使用海床上已有的地震测量技术。因为数千公里的海底电缆遍布全球海洋,所以构成全球电信骨干的光纤电缆。数据以激光脉冲的形式从一个大陆传到另一个大陆。Lindsey和他的团队现在找到了一种将这些电缆转换为地震仪的方法。使用一条50公里长的海底电缆作为测试现场,该电缆从加利福尼亚的蒙特雷湾海岸一直延伸到太平洋的海底测量站,并传输科学的测量数据。由于维护工作导致光纤电缆在2018年3月临时关闭时,研究人员趁机进行了实验。

对于她的测量,Lindsey和他的团队利用了这样的事实,即海床上的振动也会稍微拉伸和压缩光纤电缆。如果现在通过电缆发送相干激光脉冲,这些细微的运动会改变频率特性和从电缆内部散射回的光子的到达时间。研究人员使用分光计连续四天评估了海底电缆20公里段上的这种所谓的反向散射。通过与参考信号进行比较,这种所谓的分布式声学传感(DAS)可以精确检测甚至很小的振动。“这些系统记录的变化范围是从纳米到一米到几百皮克。” 劳伦斯伯克利国家实验室的合著者乔纳森·阿霍-富兰克林解释说。通过专门调整激光脉冲,研究人员能够分别测量线的两米长段上的反向散射。结果,他们基本上将20公里的光缆转换为10,000个独立的运动传感器。

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