新技术让海底通信电缆成为声波和地震波传感器

2019/12/29 15:45:54 人评论 次浏览 分类:热点聚焦  文章地址:/news/2855.html

据外媒报道,科学家首次证明,可以利用海底通信电缆探测地震波在海底的传播。根据他们的观察,这种现有的基础设施可以用来检测地震、以及涌浪和水下噪声。这一结果发表在2019年12月18日的《自然通讯》杂志上,CNRS、OCA、IRD和蔚蓝大学的研究人员、Fébus Optics公司和马赛微粒物理中心(CNRS/Aix马赛大学)合作,在Géoazur实验室进行了合作。
地震波记录在光缆上
位于弗雷瑞斯(Var)以北的1.9级地震产生的地震波记录在沿土伦附近海底部署的41公里长的光缆上。在右侧的记录中,每条线对应一个沿着电缆的测量点,从海岸(顶部)到大海(底部)。(41公里的电缆相当于6000多个传感器)。各个测量点处的波到达时间之差用于确定地震的位置。来源:Diane Rivet 


该海底有120万公里的通讯电缆纵横交错(是地球到月球距离的三倍)。它们由光纤组成,便于我们通过电话、短信和电子邮件进行通信。未来它们很快就会扮演一个新的角色--探测声波和地震波。 


在这里,科学家们使用了一条41公里长的电缆,部署在法国南部土伦海岸外,从2500米深处的MEUST NUMerEnv水下观测台的传感器中获取数据。他们开发的方法利用了光纤中的少量杂质,这些杂质会将其携带的部分光发送回发射器。通过拉伸或收缩光纤,地震波或声波的传播会改变这些杂质之间的距离,从而使反向散射信号发生微小的改变。然而,他们需要证明这些差异是可检测的,因为在海底电缆中,光纤被数个绝缘层包围。 


通过向光纤中注入光脉冲并分析反向散射信号,研究小组将41公里长的光纤转换为6000多个地震传感器。在试验期间发生的1.9级地震在每个测点都被探测到,其灵敏度接近沿海地震台的灵敏度,即使它位于距离电缆100公里的地方(图1)。

沿光纤前8公里记录的涌浪效果
图2  沿光纤前8公里记录的涌浪效果。来源:Diane Rivet 


但这并不是全部:测量点还对在海洋中传播的波浪(例如由浪涌产生的波浪)敏感。作者记录了海浪对海岸附近海底的影响,以及海浪对深海平原的影响,海浪在海底平原上产生“地震背景噪音”。传感器使人们首次观察到这些微小的振动是如何产生的,这些微小的振动不断与地球内部相互作用,从而使地球物理学家能够探测其结构。 


研究人员认为,一根电信电缆,更像是一串串麦克风,可以用同样的方式探测船只和鲸目动物产生的水下噪音。 


面对在海底部署仪器的后勤和财务挑战,电信电缆可以提供一种方法,使我们更好地了解覆盖地球表面三分之二的这一未知地形,并解决一系列科学和社会问题,如地震、海岸侵蚀、生命、海洋和固体地球等之间的相互作用。 


未来几年,电信运营商将逐步淘汰一定数量的目前正在使用的电缆,多亏了这项研究,这些电缆很快就可以重获新生。

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