把海底電纜變地震儀!科學家應用分散式聲波感測技術,監測地震活動

科學家應用分散式聲波感測技術,把現有的海底電纜作為成千上萬個獨立動作感測器,就能監測海下地震。
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▲Photo Credit: Shutterstock/ 達志影像
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監測全世界的地震活動情形是重要任務,因為得把監測設備放在要測量的位置上,由於過去在海洋中很難達成,地震學家多半從陸地儀器蒐集數據。過去缺乏對海床的長期監測和研究,導致至今人類對地震活動的了解僅限地球表面的 1/3。

然而,最新研究發現,可將現有海底電纜轉為地震測量儀網絡,大幅增加我們對地球構造運動的認識。根據 TechCrunch 報導,柏克萊加州大學直接採用目前既有的海底電纜,作為觀測地震的監測工具。

海底電纜可以長距離通訊傳輸,通常是作為國家或地區之間的電信、電力傳輸。因為是用光來進行照明,如果電纜移動或改變方向的話,光就會散射並扭曲,也被稱為是海下的「光之道」。

因此,如果監測這樣的「反向散射」(backscatter),研究員就可以準確看到電纜彎曲的位置、程度,並從中精準地找出地震活動的來源。這樣的技術被稱為「分散式聲波感測」(Distributed Acoustic Sensing;簡稱 DAS),也就是把電纜當成是成千上萬個獨立的動作感測器。

團隊把蒙特雷灣水族館研究機構(Monterey Bay Aquarium Research Institute,簡稱 MBARI)水下數據基礎設施約 20 公里長(下圖粉紅色處)的電纜用來測試,將電纜分成約 1 萬個部分,就可以偵測到上頭的細微移動。

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當 MBARI 的電纜連結 DAS 系統後,團隊就能收集大量可驗證資訊,例如:內陸 3.4 級地震所造成的移動、海灣中已知但尚未繪製的斷層圖,以及能夠暗示地震活動的水運動模式。

這項研究發表在學術期刊《科學》(Science)上,研究主要作者 Nathaniel Lindsey 表示,這種技術不需要在整條電纜上加上設備或中繼器,研究員只需要走到現場,把儀器連接到光纖末端就可以。而勞倫斯伯克利國家實驗室(Berkeley National Lab)Ajo-Franklin 也說,這是地震學尖端研究,是第一次用海底電纜觀察海洋訊號或把斷層結構繪製成像。

不過,這項技術也有一些挑戰。例如:用來測量反向散射的訊號也可能干擾到其他訊號,因此目前還在進行相關預防干擾的測試工作。

核稿編輯:Anny

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