Seismiska vågor genererade av en jordbävning med magnitud 1,9 belägen norr om Fréjus (Var), inspelad längs den 41 km långa fiberoptiska kabeln utplacerad på havsbotten utanför Toulon. I inspelningen till höger, varje linje motsvarar en mätpunkt längs kabeln, från kusten (överst) till det öppna havet (längst ner). (De 41 km kabel motsvarar över 6000 sensorer). Skillnaden i ankomsttiden för vågorna vid de olika mätpunkterna används för att fastställa platsen för jordbävningen. Kredit:Diane Rivet
Forskare har för första gången visat att det är möjligt att upptäcka utbredningen av seismiska vågor på havsbotten med hjälp av undervattens telekommunikationskablar. Enligt deras iakttagelser, denna befintliga infrastruktur skulle kunna användas för att upptäcka jordbävningar, samt dyningar och undervattensljud. Resultaten publiceras i tidskriften Naturkommunikation den 18 december, 2019, av forskare från CNRS, OCA, IRD och Université Côte d'Azur arbetar tillsammans i Géoazur-laboratoriet, i samarbete med företaget Fébus Optics och Centre de Physique des Particules de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université).
Havsbotten korsas av 1,2 miljoner kilometer telekommunikationskablar (tre gånger avståndet från jorden till månen). Består av optiska fibrer, de underlättar mycket av vår kommunikation via telefon, SMS och e-post. Och de kan snart ta en ny roll, det att detektera akustiska och seismiska vågor.
Här, forskarna använde en 41 km lång kabel utplacerad utanför Toulons kust i södra Frankrike för att hämta data från sensorerna från MEUST-NUMerEnv undervattensobservatorium på ett djup av 2500 m. Metoden de utvecklade drar fördel av små föroreningar i de optiska fibrerna, som skickar en del av ljuset de bär tillbaka till sändaren. Genom att sträcka eller dra ihop fibern, passage av en seismisk eller akustisk våg förändrar avståndet mellan dessa föroreningar, och därmed den bakåtspridda signalen, med en liten mängd. Än, de behövde bevisa att dessa skillnader var detekterbara eftersom, i undervattenskablar, de optiska fibrerna är omgivna av flera isolerande lager.
Genom att injicera ljuspulser i en optisk fiber och analysera den tillbakaspridda signalen, teamet omvandlade de 41 km optiska fibrerna till mer än 6000 seismiska sensorer. En jordbävning med magnituden 1,9 som inträffade under försöket upptäcktes vid var och en av mätpunkterna med en känslighet nära den för en kustseismisk station, även om den var belägen över 100 km från kabeln (Figur 1).
Animation som visar effekten av dyningar som registrerats längs de första åtta kilometerna med optisk fiber. Kredit:Diane Rivet
Men det är inte allt:mätpunkterna är också känsliga för vågor som färdas genom havet, såsom de som produceras av svällning. Författarna registrerade inverkan av vågor på havsbotten nära kusten, såväl som deras effekt på den avgrundsslätten, där de genererar "seismiskt bakgrundsljud". Sensorerna gjorde det möjligt att för första gången observera hur dessa mycket små vibrationer, som ständigt interagerar med jordens inre, produceras, gör det möjligt för geofysiker att undersöka dess struktur.
Forskarna tror att en telekomkabel, snarare som en sträng av mikrofoner, kunde på samma sätt upptäcka undervattensbuller från fartyg och valar.
Inför den logistiska och ekonomiska utmaningen att installera instrumentering på havsbotten, telekomkablar kan ge ett sätt att förbättra vår förståelse av denna terra incognita som täcker två tredjedelar av jordens yta, och ta upp ett brett spektrum av vetenskapliga och samhälleliga frågor, som jordbävningar, kusterosion, interaktion mellan livet, haven och den fasta jorden, etc.
Ett visst antal kablar som för närvarande är i drift kommer att fasas ut av teleoperatörerna under de kommande åren. Tack vare denna forskning, de kunde snart ta ett andra liv.
