Tsunamiurile pot fi detectate eficient folosind cabluri de fibră optică

Tsunamiurile pot fi detectate eficient folosind cablurile de fibră optică așezate pe fundul oceanului  și ar putea fi o alternativă mai puțin costisitoare și mai cuprinzătoare la gamandurile actuale care servesc drept sisteme de avertizare timpurie, conform unui cercetător de la Universitatea din Michigan (SUA).

Un sistem numit DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis) este alcătuit din geamanduri specializate care monitorizează prezența tsunamiurilor. Supravegheat de Administrația Națională Oceanică și Atmosferică din SUA, costul de instalare a acestor geamanduri este de aproximativ 500.000 de dolari, cu o întreținere anuală suplimentară de 300.000 de dolari. În prezent, 32 de geamanduri de detecție se află în perimetrul Oceanului Pacific, generând costuri de întreținere de milioane de dolari anual, costuri considerabile, dar esențiale.

• Cercetătorii cred că ochii vertebratelor au fost inițial un singur ochi în vârful capului
• Cum se împerechează caracatițele: un braț care găsește și fertilizează femela

Acum, seismologul Zack Spica, de la Universitatea din Michigan (U-M), și colegii săi de la California Institute of Technology (SUA) au utilizat o tehnică numită detectare acustică distribuită (DAS), pentru a găsi o modalitate mai ieftină și mai răspândită prin care tsunamiurile pot fi detectate eficient: cele aproximativ 1,6 milioane de kilometri de cabluri de fibră optică care traversează fundurile oceanice.

Tsunamiurile pot fi detectate eficient printr-o nouă metodă

„Companiile de telecomunicații au așezat aceste cabluri de fibră optică în ultimii 30 de ani și au cheltuit sute de miliarde de dolari pentru a face asta. Acum, datorită fotonicii avansate și capacităților mari de calcul, putem transforma cablurile de fibră optică în matrice de senzori extrem de dense și de înaltă fidelitate”, a declarat Spica, profesor asistent la U-M în științe ale pământului și ale mediului.

Tsunamiurile sunt serii de valuri masive declanșate de deplasarea bruscă a apei oceanului, cel mai adesea cauzată de mișcarea bruscă a fundului mării. Tsunamiurile pot fi minore sau pot fi devastatoare, cum a fost tsunamiul din Oceanul Indian din 2004, care a ucis aproape 228.000 de oameni.

Într-un studiu publicat în Geophysical Research Letters, Spica și colegii săi arată că cablurile de fibră optică pot fi folosite ca sistem de avertizare timpurie pentru tsunamiuri.

Tsunamiurile sunt mai ușor de prezis decât cutremurele

„Spre deosebire de cutremurele care se întâmplă brusc și sunt greu de evitat, chiar dacă există unele sisteme de avertizare timpurie, tsunamiurile au nevoie de mai mult timp pentru a se forma și a ajunge la țărm. Acest lucru înseamnă că sistemele de avertizare timpurie sunt mai eficiente pentru tsunamiuri. Cu toate acestea, dificultatea constă în evaluarea magnitudinii unui tsunami înainte să ajungă la țărm. Prin urmare, este nevoie de instrumentație în largul mării, care este costisitoare și greu de întreținut”, a spus Spica.

În ultimii cinci ani, Spica și ceilalți cercetători au instalat unități de interogare DAS în companii de telecomunicații cu fibră optică din Alaska, Japonia, Spania și Lacul Ontario, care se conectează la cabluri de fibră optică subacvatice. Utilizând unul dintre dispozitivele plasate în Florence, Oregon, echipa a reușit să detecteze un tsunami care a avut originea într-un lanț de insule situat la aproape 2.092 de kilometri est de vârful Americii de Sud, scrie Tech Xplore.

„Acesta a fost un cutremur major în Insulele Sandwich care a generat un tsunami mare. Nici măcar nu era în același ocean cu cablul și cu dispozitivul cu care l-am detectat. Până când tsunamiul a ajuns în Oregon și Alaska, avea o adâncime de doar câțiva centimetri, ceea ce nu a produs niciun fel de daune”, a spus Spica.

Tehnica prin care tsunamiurile pot fi detectate eficient

Tehnica DAS funcționează prin monitorizarea fotonilor (particule de lumină) care călătoresc prin cablurile de fibră optică. Pe măsură ce lumina călătorește sub formă de undă prin cabluri, unii fotoni sunt refractați înapoi la începutul cablului. Acești fotoni sunt refractați înapoi, iar într-un anumit moment, cantitatea de lumină care se întoarce la interogator este proporțională cu deformarea de-a lungul cablului.

Inițial, cercetătorii au folosit aceste cabluri pentru a detecta cutremurele. Cutremurele eliberează o cantitate masivă de energie într-un timp foarte scurt. Marea întrebare, a spus Spica, era dacă cablurile pot detecta mișcările mult mai subtile ale tsunamiurilor. Perioada dintre crestele undelor unui tsunami poate fi incredibil de lungă, de până la zeci de minute și câțiva kilometri între crestele undelor.

„Cutremurele au în general o energie mult mai mare și produc agitații foarte rapide, în timp ce tsunamiurile au unde foarte largi. Așa că întrebarea era dacă putem folosi aceste tehnici pentru a monitoriza unde foarte lungi”, a spus Spica.

Cercetătorii nu sunt siguri care caracteristică a tsunamiului cauzează o schimbare în cablurile de fibră optică. Deformația indusă de presiune de la apa suplimentară de deasupra cablurilor ar putea determina fibrele să se întindă, schimbând modul în care sunt refractați fotonii. Temperatura ar putea cauza o schimbare similară, dar Spica spune că este nevoie de mai multe cercetări pentru a determina modul exact în care sunt influențate fibrele.

O nouă utilizare pentru cablurile de fibră optică

Sistemul DAS le-ar putea oferi companiilor de telecomunicații o modalitate alternativă de a utiliza cablurile de fibră optică în viitor, pe măsură ce sateliții înlocuiesc cablurile ca rută principală de furnizare a internetului. Spica spune că cablurile ar putea fi folosite pentru supravegherea militară, urmărirea bărcilor, măsurarea undelor interne, urmărirea temperaturilor oceanice și pentru cercetarea schimbărilor climatice.

„Aceste companii de telecomunicații au auzit despre această tehnologie, dar este încă foarte devreme. Dar dacă ne gândim la scară mare, dacă ne gândim la următorii 15 ani, ar trebui probabil să încerce să reinvestească în propria infrastructură”, a spus Spica.

Acest studiu se bazează pe cercetările anterioare ale lui Spica care au avut ca scop să determine dacă fibra optică ar putea detecta mișcările solului cauzate de cutremure. În continuare, Spica spune că trebuie dezvoltat un software pentru a transcrie în timp real informațiile pentru detectarea tsunamiurilor din cablurile de fibră optică.

Vă recomandăm să citiți și:

Copacii se chinuie „să respire” și să stocheze CO2 pe măsură ce clima se încălzește

Seceta din pădurea amazoniană, evenimentul climatic devastator din 2023

Oamenii de știință au identificat cauza principală pentru criza climatică

Ghețarii alpini vor pierde cel puțin o treime din volum până în anul 2050