استفاده از کابل های فیبر نوری دریایی جهت تشخیص زمین لرزه
استفاده از کابل های فیبر نوری دریایی جهت تشخیص زمین لرزه ، زمین شناسان در Caltech با همکاری با متخصصان نوری ( اپتیک ) در کمپانی گوگل، روشی را برای استفاده از کابل های فیبر نوری مخابراتی دریایی موجود جهت شناسایی زمین لرزه ایجاد نموده اند. این روش می تواند سبب بهبود سیستم های هشدار زلزله و سونامی در سراسر جهان گردد.
کابل های فیبر نوری دریایی جهت تشخیص زمین لرزه
شبکه گسترده ای بیش از یک میلیون کیلومتر کابل فیبر نوری در اعماق بستر اقیانوس های زمین قرار دارد. در دهه ۱۹۸۰ شرکت های مخابراتی و دولت ها شروع به نصب و قرار گیری این کابل ها در بستر دریا ها و اقیانوس ها نمودند که هر یک از آن ها می توانند هزاران کیلومتر مسافت داشته باشند. امروزه شبکه گسترده جهانی به عنوان ستون فقرات ارتباطات راه دور ( مخابرات ) بین المللی محسوب می شود.
دانشمندان مدت هاست که به دنبال روشی جهت استفاده از کابل های فیبر نوری دریایی برای نظارت بر میزان لرزه خیزی و ارتعاشات پوسته زمین می باشند. در واقع، بیش از ۷۰ درصد کره زمین را آب اقیانوس ها و دریا ها در بر می گیرد و نصب و راه اندازی، نظارت و اجرای سنسور های لرزه نگاری دریایی جهت بررسی حرکات پوسته زمین در اعماق دریاها بسیار دشوار و پر هزینه می باشد. محققان بیان می نمایند ، نظارت بر میزان لرزه خیزی با استفاده از زیرساخت های موجود در بستر اقیانوس انجام پذیر می باشد.
تلاش های قبلی برای استفاده از تار های نوری برای مطالعه لرزه خیزی به افزودن ابزارهای پیشرفته علمی و / یا استفاده از اصطلاحاً “فیبر تاریک” ، کابل های فیبر نوری متکی بود که به طور فعال مورد استفاده قرار نمی گیرند.
امروزه Zhongwen Zhan ، استادیار ژئوفیزیک در Caltech و همکارانش روشی جهت آنالیز نور در حال عبور از فیبر های نوری “روشن” یا به عبارت دیگر عملکرد کابل های فیبر نوری دریایی ، جهت شناسایی زمین لرزه ها و امواج اقیانوس بدون نیاز به تجهیزات اضافی ابداع نموده اند، آن ها روش جدید را در مجله Science توصیف نمودند.
ژان Zhan اظهار می نماید: “این روش جدید می تواند کابل های فیبر نوری دریایی را به حسگرهای ژئوفیزیکی تبدیل نماید که هزاران کیلومتر طول دارند تا زمین لرزه ها و احتمالاً سونامی ها را در آینده تشخیص دهند.” “ما معتقدیم که این اولین راه حل جهت نظارت بر لرزه خیزی در بستر اقیانوس می باشد که می تواند در سراسر جهان اجرا گردد. این روش می تواند شبکه موجود حسگر ها و سنسور های زمین لرزه و شناورهای کنترل سونامی را تکمیل نماید تا در بسیاری از موارد تشخیص زمین لرزه های دریایی و سونامی ها بسیار سریع تر باشد. “
شبکه گستره مشتکل از کابل ها با استفاده از لیزرهایی که پالس های اطلاعاتی را از طریق فیبر های نوری شیشه ای که درون کابل ها قرار دارند ارسال می نمایند تا داده ها را با سرعتی بالاتر از ۲۰۰۰۰۰ کیلومتر در ثانیه به گیرنده های پایانه دیگر منتقل نمایند. جهت استفاده بهینه از کابل ها – یعنی انتقال هرچه بیشتر اطلاعات از طریق آن ها – یکی از مواردی که اپراتورها کنترل می نمایند ، قطبی شدن سیگنال نوری می باشد که درون فیبر ها حرکت می نماید. نور لیزر نیز مانند نور دیگری که از فیلتر قطبی عبور می نماید ، قطبی می باشد – به این معنی که میدان الکتریکی آن فقط در یک جهت نوسان می نماید. کنترل جهت میدان الکتریکی می تواند به چندین سیگنال امکان عبور همزمان از یک فیبر را بدهد. در طرف گیرنده، دستگاه ها وضعیت قطب بندی هر سیگنال را بررسی می نمایند تا مشاهده نمایند که در طول مسیر کابل چه تغییری نموده است تا اطمینان حاصل نمایند که سیگنال ها با هم ترکیب نمی شوند.
محققان در کار خود بر روی کابل فیبر نوری Curie که یک کابل فیبر نوری دریایی می باشد، متمرکز شدند که بیش از ۱۰ هزار کیلومتر در حاشیه شرقی اقیانوس آرام از لس آنجلس تا والپارایزو شیلی امتداد دارد. (اگرچه ژان بیان می نماید این روش می تواند در بسیاری از کابل های فیبر نوری دریایی که در سراسر کره زمین امتداد دارند اجرا شود)
در خشکی ، انواع اختلال ها ، از جمله تغییر دما و صاعقه ، می توانند قطبی شدن نور را با استفاده از کابل های فیبر نوری تغییر دهند. ژان و همکارانش دریافتند از آنجا که درجه حرارت در اعماق اقیانوس تقریباً ثابت می باشد و اختلال بسیار کمی در آنجا وجود دارد ، تغییر قطب بندی از یک سر کابل curie به سر دیگر با عبور از کابل طی زمان مشخص کاملاً ثابت باقی مانده است.
با این حال ، در هنگام زلزله و زمانی که طوفان سبب ایجاد موج های می شود ، قطبیت به طور ناگهانی و چشمگیری تغییر می نماید و به محققان اجازه می دهد به راحتی چنین رویدادهایی را در داده ها شناسایی نمایند.
در حال حاضر ، زمانی که زمین لرزه در ساحل رخ می دهد ، ممکن است چند دقیقه طول بکشد تا امواج لرزه ای به لرزه سنج های زمینی برسند و جهت تایید هرگونه امواج سونامی مدت زمان بیشتری طول خواهد کشید. با استفاده از این روش جدید، امتداد طولی یک یک کابل فیبر نوری زیردریایی به عنوان یک سنسور و حسگرتحت کنترل واحد در وضعیت های دشوار عمل می نماید. قطبیت را می توان به اندازه ۲۰ بار در ثانیه اندازه گیری نمود. این امر بدان معناست که اگر زلزله ای نزدیک منطقه مشخصی رخ دهد ، می توان در عرض چند ثانیه اخطار را به مناطق بالقوه آسیب پذیر انتقال نمود.
در طی ۹ ماه آزمایشات گزارش شده در مطالعه جدید (بین دسامبر ۲۰۱۹ تا سپتامبر ۲۰۲۰) ، محققان حدود ۲۰ زمین لرزه متوسط تا بزرگ را در امتداد کابل نوری Curie کوری ثبت نمودند ، از جمله زلزله ۷٫۷ ریشتری که در ۲۸ ژانویه ۲۰۲۰ در جامائیکا رخ داد.
گرچه در طول مطالعه هیچ سونامی تشخیص داده نشد اما محققان توانستند تغییرات قطبییت نوری ایجادشده توسط موج های اقیانوس را که از اقیانوس جنوبی منشا گرفته اند ، تشخیص دهند. آن ها معتقدند که تغییرات قطبی ثبت شده ناشی از تغییر فشار در اعماق بستر اقیانوس ، هنگام عبور موج های شدید از کنار کابل بوده است.
ژان می گوید: “این بدان معناست که ما می توانیم امواج اقیانوس را تشخیص دهیم ، بنابراین روزی می توانیم امواج سونامی را نیز تشخیص دهیم.”
ژان و همکارانش در Caltech در حال توسعه یک الگوریتم یادگیری ماشین هستند که می تواند تعیین نماید، آیا تغییرات مشاهده شده در قطبیت در اثر زمین لرزه ها یا امواج اقیانوس ایجاد می شود یا به جای تغییرات دیگری در سیستم ، مانند کشتی یا تلاش خرچنگ ها که کابل را حرکت می دهند؟ آن ها انتظار دارند که تمام فرآیند شناسایی و اطلاع رسانی بتواند علاوه بر داده هایی که قبلاً توسط شبکه جهانی لرزه سنج های زمینی و شناورهای موجود در سیستم ارزیابی و گزارش سونامی های اعماق بستر اقیانوس (DART) جمع آوری شده است، اطلاعات حیاتی را نیز فراهم نماید که توسط مرکز ملی شناور داده های اداره ملی اقیانوسی و جوی اداره می شود.
لینک های مرتبط
کورنینگ CORNING :
متز کانکت METZ CONNECT:
