新しい海底ケーブル技術は「地震用の強力な望遠鏡」のようなもの

Aug 02, 2023

イマジニマ / iStock

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カリフォルニア工科大学の新しい研究では、カリフォルニアの地形を縦横に走る控えめな地下光ファイバーケーブルが、地震の感知と測定という特別な利点を明らかにしました。

これらのケーブルはインターネット接続を提供しますが、光ファイバー ケーブルの一部はマグニチュード 6 の地震の複雑なメカニズムを調査するために再利用され、その破壊プロセスの詳細を明らかにしました。

8月2日にジャーナル『ネイチャー』に掲載されたこの研究結果は、ケーブルのカバー範囲が広ければ、光ファイバーケーブルが地震の理解と早期警報システムを強化する可能性があることを明らかにしている。

明確にしておきますが、海中ケーブルによる地震感知は新しい概念ではありません。 実際、Interesting Engineering (IE) は、専門家との Q&A セッションで明らかになったように、そのうち少なくとも 400 個がどのように世界中で活用できるかを以前に報告しました。

さて、最近のプレスリリースで、地球物理学のZhongwen Zhan教授が率いるチームは、分散音響センシングと呼ばれる革新的な方法を導入しました。

光ファイバー ケーブルを即席の地震計として再考することで、わずか 62 マイル (100 キロメートル) のケーブル セクションを利用して、2021 年の特定の地震の複雑な力学に関する洞察を解き明かしました。

「地震活動をより広範囲に測定できれば、地震の研究方法に革命を起こし、より多くの事前警告を提供できるようになります」とザン氏はプレスリリースで説明した。

「地震を予測することはできませんが、分散音響センシングは、地球がどのように破壊するかの基礎となる詳細のより良い理解につながるでしょう。」

南カリフォルニアでは、約 56,500 平方マイルの広大な敷地に約 500 台の地震計が設置されており、それぞれの地震計の価格は最大 50,000 ドルです。 対照的に、光ファイバーケーブルを活用すれば、費用対効果の高い数百万台の地震計で地域を実質的に覆うことができます。

この独創的な技術には、ケーブルの一端にレーザーエミッターを配置し、ケーブルのコアを構成するガラスストランドを通して光ビームを送信することが含まれます。

ガラスの欠陥により、光の一部が反射されて光源に戻り、記録されます。 これにより、ケーブルが追跡可能なウェイポイントのネットワークに変換され、これらのポイント間の光の移動時間を変更することで地面の動きに応答します。

Z. Zhan 氏のご厚意による

基本的に、ケーブルの欠陥は何千もの個別の地震計として機能し、地震学者が地震波動を捉えることができるようになります。

研究では、チームは2021年のアンテロープバレーマグニチュード6地震の際、シエラネバダ東部に位置する光ファイバーケーブルのセグメント内の光の痕跡に焦点を当てた。

この 10,000 個の地震計に相当するセクションにより、地震の複雑さが解明され、一連の 4 つの小さな破壊、つまり「サブイベント」が明らかになりました。 これらのとらえどころのないサブイベントは、小型地震に似ており、従来の地震観測網ではとらえることができませんでした。

ナディア・ラプスタの研究室と協力して、チームは測定された地震データを使用して M6 地震の正確なモデルを構築しました。 このモデルは、4 つのサブイベントのタイミングと障害領域の位置を正確に描写しました。

「例えとして、普段自宅の裏庭にある望遠鏡を想像してみてください。木星は見えますが、衛星やその詳細はおそらく見えないでしょう」とザン氏は言う。

「非常に強力な望遠鏡があれば、惑星や月の表面を細部まで見ることができます。私たちのテクノロジーは、地震に対する強力な望遠鏡のようなものです。」

光ファイバーケーブルを地震計器として再利用する可能性は非常に有望であり、地震に対する理解を深め、理想的にはその影響を軽減するための費用対効果の高い手段を提供します。

科学が技術革新と地球の自然プロセスの橋渡しを続けるにつれ、埋設ケーブルを通る光のパルスごとに地震研究の未来は明るくなっていきます。

研究全文は8月2日付けでNature誌に掲載された。