광섬유 케이블은 지진을 감지하고 특성화합니다.

2023년 8월 2일

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캘리포니아 공과 대학

캘리포니아에서는 수천 마일에 달하는 광섬유 케이블이 주 전역을 가로질러 사람들에게 인터넷을 제공합니다. 그러나 이러한 지하 케이블은 놀라운 보조 기능도 가질 수 있습니다. 즉, 지진을 감지하고 측정할 수 있습니다. Caltech의 새로운 연구에서 과학자들은 광섬유 케이블 섹션을 사용하여 진도 6 지진의 복잡한 세부 사항을 측정하고 파열로 이어진 단층의 "고착된" 영역인 4개의 개별 돌기의 시간과 위치를 정확히 찾아냈다고 보고했습니다. .

수년 동안 지구물리학 교수 Zhongwen Zhan과 그의 팀은 광섬유 케이블의 용도를 변경하는 것이 분산 음향 감지라는 방법으로 조밀한 임시 지진계 네트워크를 생성하여 지진 활동을 측정하는 능력을 획기적으로 확장하는 간단한 방법임을 보여주는 것을 목표로 삼았습니다.

Nature 저널에 게재된 새로운 연구에서는 2021년 특정 지진의 복잡한 메커니즘을 정확하게 이해하기 위해 100km 구간의 케이블만 활용했으며, 더 많은 케이블을 사용하면 지진 물리학에 대한 이해가 향상되고 궁극적으로 조기에 더 나은 지진이 발생할 수 있음을 시사했습니다. 경고 시스템.

Zhan은 "지진 활동을 측정하기 위해 더 넓은 범위를 확보할 수 있다면 지진 연구 방법을 혁신하고 더 많은 사전 경고를 제공할 수 있습니다"라고 말합니다. "우리는 지진을 예측할 수 없지만 분산 음향 감지를 통해 지구가 어떻게 파열되는지에 대한 세부 사항을 더 잘 이해할 수 있습니다."

남부 캘리포니아에는 약 56,500평방마일에 걸쳐 약 500개의 지진계가 있으며, 각 지진계의 가격은 최대 50,000달러입니다. 반면, 주 전역에서 광섬유 케이블을 활용하는 것은 수백만 개의 지진계를 사용하여 덮는 것과 같습니다.

광섬유 케이블을 지진계로 사용하기 위해 레이저 방출기가 케이블의 한쪽 끝에 배치되어 케이블 코어를 구성하는 길고 얇은 유리 가닥을 통해 광선을 발사합니다. 유리에는 빛의 아주 작은 부분을 광원으로 다시 반사하여 기록되는 작은 결함이 있습니다.

이러한 방식으로 각 결함은 일반적으로 지면 바로 아래에 묻혀 있는 광섬유 케이블을 따라 추적 가능한 웨이포인트 역할을 합니다. 지면을 통과하는 지진파로 인해 케이블이 약간 흔들리고 이로 인해 이러한 웨이포인트를 오가는 빛의 이동 시간이 변경됩니다. 따라서 케이블 길이에 따른 결함은 지진학자가 지진파의 움직임을 관찰할 수 있는 수천 개의 개별 지진계와 같은 역할을 합니다.

이 새로운 연구에서 팀은 2021년 Antelope Valley 진도 6 지진 동안 동부 시에라 네바다에 위치한 광섬유 케이블을 통해 이동하는 빛 신호를 조사했습니다. 케이블 단면은 지진계 10,000개에 해당하며 M6가 일련의 4개의 작은 파열로 구성되어 있음을 발견할 수 있었습니다. 소규모 지진과 같은 소위 "하위 사건"은 기존 지진 네트워크로는 감지할 수 없습니다.

기계공학 및 지구물리학 교수인 로렌스 A. 핸슨 주니어(Lawrence A. Hanson, Jr.) 나디아 라푸스타(Nadia Lapusta) 연구소와 협력하여 팀은 측정된 지진 활동을 기반으로 M6 지진의 정확한 모델을 만들 수 있었습니다. 이 모델은 4가지 하위 이벤트의 타이밍을 보여주고 단층 영역에서 정확한 위치를 찾아냈습니다.

Zhan은 "광섬유 케이블을 일련의 지진계로 사용하면 오랫동안 가정되었지만 이미지화하기 어려운 지진 물리학의 측면을 드러냅니다."라고 말했습니다. "비유적으로 일상적인 뒷마당 망원경을 상상해 보십시오. 목성을 볼 수 있지만 달이나 세부 사항은 볼 수 없을 것입니다. 정말 강력한 망원경을 사용하면 행성과 달 표면의 미세한 세부 사항을 볼 수 있습니다. 우리의 기술 지진을 관측하는 강력한 망원경과 같습니다."