Pozrite si
Tie isté optické káble, cez ktoré si užívame rýchly internet a digitálnu káblovku, by sa mohli zmeniť na seizmické senzory pre monitoring a štúdium zemetrasení. Tvrdia to výskumníci zo Stanfordu, ktorí vytvorili observatórium na sledovanie zemetrasení na báze optických vlákien „s miliardami senzorov“.
Biondo Biondi, profesor geofyziky na School of Earth, Energy & Environmental Sciences Stanfordskej univerzity verí, že sa podarí premeniť hustú sieť optických káblov pod mestskými aglomeráciami na relatívne lacné seizmologické observatóriá.
Vedci pripravili experiment pomocou slučky z ôsmich optických vlákien o dĺžke 3 míle (cca 4,8 km) inštalovaných pod Stanfordským areálom, ktorá sa stala súčasťou seizmického observatória.
V priebehu uplynulého roku Biondiho skupina ukázala, že je možné premeniť chvenie vibrujúcich optických vlákien na informácie o smere a veľkosti seizmických udalostí. Pri zemských otrasoch dochádza k nepatrným mechanickým deformáciám optických vlákien, čo ovplyvňuje dráhu šírenia svetelného lúča v optokábli. Tieto zmeny signálov sú merateľné, ako dokázali prístroje poskytnuté spoločnosťou OptaSense, ktorá je spoluautorom publikácií o výskume.
Zaujímavé na tom je, že sa na monitorovanie dajú využiť existujúce optické káble, ktoré pritom naďalej slúžia na telekomunikačné účely. Citlivosť senzorov nie je taká vysoká, ako v prípade seizmografov, ale v prospech optiky hrá viacero faktorov.
Miliardy senzorov bez veľkých investícií
Kým seizmografy sú drahé a ich sieť je veľmi riedka, optické senzory sú veľmi lacné a môžu poskytnúť veľmi hustú sieť. „Každý meter optického vlákna v našej sieti funguje ako senzor a stojí menej ako na inštaláciu,“ povedal Biondi. „Nikdy nebudete schopní vytvoriť sieť pomocou bežných seizmometrov s takým druhom pokrytia, hustoty a ceny.“
Takáto sieť by umožnila vedcom študovať aj menšie zemetrasenia a rýchlejšie identifikovať ich zdroje, než je možné v súčasnosti. Väčšie pokrytie senzormi by tiež umožnilo vyššie rozlíšenie merania pozemných reakcií na otrasy.
Optické vlákna sa na monitorovanie mechanických deformácií používali už skôr, napríklad pri sledovaní stavu potrubí a vrtov v ropnom a plynárenskom priemysle. V týchto prípadoch však optické vlákno musí byť špeciálne nainštalované a pevne spojené s povrchom rúry.
Naproti tomu telekomunikačné optické káble sú voľne zafúknuté v plastových rúrkach a vedci sa donedávna domnievali, že technológia známa ako distribuované akustické snímanie (DAS) sa u nich nebude dať uplatniť kvôli vysokému (mechanickému) rušeniu.
Dokážeme včas predvídať katastrofy?
V septembri 2016 však začalo fungovať optické seizmické observatórium v Stanforde a odvtedy zaznamenalo viac ako 800 udalostí. Išlo o široké spektrum otrasov od udalostí vytvorených človekom a malých, sotva citeľných záchvevov, až po katastrofy, akou bolo napríklad nedávne zemetrasenie v Mexiku. To bolo vzdialené asi 2000 míľ (3218 km).
Dobré referenčné merania poskytli dve malé zemetrasenia o magnitúde 1,6 a 1,8. Mali rovnaký priebeh a vzor, pretože vznikli z rovnakého zdroja, ale nameraná amplitúda väčšieho zemetrasenia bola väčšia.
Pri zemetraseniach vzniká niekoľko typov seizmických vĺn. Experimentálne pole optiky detegovalo a rozlišovalo dva rôzne typy objemových vĺn, ktoré prechádzajú Zemou pri zemetraseniach – primárne a sekundárne, nazývaných vlny P a S. Jedným z dôležitých cieľov vedcov je vytvoriť systém varovania pred zemetrasením. Pomôcť by pri tom mohla detekcia pozdĺžnych vĺn P, ktoré sa šíria rýchlejšie a prichádzajú na povrch skôr, ako priečne vlny S.
Rýchlosť ich šírenia závisí od prostredia, ktorým vlny prechádzajú. Napríklad vo vode je to 1450 m/s, ale v žulovom podloží až 5000 m/s. Pozdĺžne vlny sú vo všeobecnosti menej deštruktívne, ako priečne vlny S. Tie pri prechode spôsobujú osciláciu hmoty kolmo k prechádzajúcemu vlneniu.
Cieľom vedcov je teraz rozšíriť monitorovaciu sieť senzorov na optike z univerzitného areálu na celú oblasť zálivu San Francisco Bay.
Zdroj