Los cables de fibra óptica detectan y caracterizan terremotos

2 de agosto de 2023

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por el Instituto de Tecnología de California

En California, miles de kilómetros de cables de fibra óptica atraviesan el estado y proporcionan Internet a la gente. Pero estos cables subterráneos también pueden tener una función secundaria sorprendente: pueden detectar y medir terremotos. En un nuevo estudio de Caltech, los científicos informan que utilizaron una sección de cable de fibra óptica para medir detalles intrincados de un terremoto de magnitud 6, señalando el tiempo y la ubicación de cuatro asperezas individuales, las áreas "atascadas" de la falla, que llevaron a la ruptura. .

Durante varios años, el profesor de Geofísica Zhongwen Zhan y su equipo han intentado demostrar que reutilizar los cables de fibra óptica es una forma sencilla de ampliar drásticamente nuestra capacidad de medir la actividad sísmica mediante la producción de una densa red de sismómetros improvisados ​​en un método llamado detección acústica distribuida.

El nuevo estudio, que aparece en la revista Nature, utilizó solo una sección de cable de 100 kilómetros para comprender con precisión la compleja mecánica detrás de un terremoto particular de 2021, lo que sugiere que el acceso a más cables permitiría una mejor comprensión de la física de los terremotos y, en última instancia, mejores terremotos tempranos. sistemas de alerta.

"Si podemos conseguir una cobertura más amplia para medir la actividad sísmica, podemos revolucionar la forma en que estudiamos los terremotos y proporcionar alertas más anticipadas", afirma Zhan. "Aunque no podemos predecir los terremotos, la detección acústica distribuida conducirá a una mejor comprensión de los detalles subyacentes a cómo se rompe la Tierra".

Hay alrededor de 500 sismómetros en las aproximadamente 56.500 millas cuadradas del sur de California, y cada uno cuesta hasta 50.000 dólares. Por otro lado, utilizar cables de fibra óptica en todo el estado podría equivaler a cubrirlo con millones de sismómetros.

Para utilizar un cable de fibra óptica como sismómetro, se colocan emisores láser en un extremo del cable, disparando rayos de luz a través de las largas y delgadas hebras de vidrio que forman el núcleo del cable. El vidrio tiene pequeñas imperfecciones que reflejan una porción minúscula de la luz hacia la fuente, donde se registra.

De esta manera, cada imperfección actúa como un punto de referencia rastreable a lo largo del cable de fibra óptica, que normalmente está enterrado justo debajo del nivel del suelo. Las ondas sísmicas que se mueven a través del suelo hacen que el cable se mueva ligeramente, lo que cambia el tiempo de viaje de la luz hacia y desde estos puntos de referencia. Por lo tanto, las imperfecciones a lo largo del cable actúan como miles de sismómetros individuales que permiten a los sismólogos observar el movimiento de las ondas sísmicas.

En este nuevo estudio, el equipo examinó las firmas de luz que viajan a través de un tramo de cable de fibra óptica ubicado en el este de Sierra Nevada durante el terremoto de magnitud 6 de Antelope Valley de 2021. La sección de cable equivalía a 10.000 sismómetros y se pudo descubrir que la M6 estaba formada por una secuencia de cuatro rupturas más pequeñas. Estos llamados "subeventos", como mini terremotos, no podrían ser detectados por una red sísmica convencional.

En colaboración con el laboratorio de Nadia Lapusta, profesor de Ingeniería Mecánica y Geofísica Lawrence A. Hanson, Jr., el equipo pudo crear un modelo preciso del terremoto M6 basado en la actividad sísmica medida. El modelo mostró el momento de los cuatro subeventos y señaló sus ubicaciones exactas en la región de la falla.

"El uso de cables de fibra óptica como una serie de sismómetros revela aspectos de la física de los terremotos que durante mucho tiempo han sido planteados como hipótesis pero que son difíciles de visualizar", dice Zhan. "Como analogía, imagine el telescopio de su patio trasero. Puede ver Júpiter, pero probablemente no pueda ver sus lunas ni ningún detalle. Con un telescopio realmente potente, puede ver los detalles finos del planeta y las superficies lunares. Nuestra tecnología Es como un poderoso telescopio para detectar terremotos".

Más información: Jiaxuan Li, La rotura de las asperezas del terremoto captadas mediante detección acústica distribuida, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06227-w. www.nature.com/articles/s41586-023-06227-w

Información de la revista:Naturaleza

Proporcionado por el Instituto de Tecnología de California