Caltech-Forscher sagen, dass Glasfaserkabel Erdbeben erkennen und messen können

Tausende Kilometer Glasfaserkabel, die bereits in ganz Kalifornien verlegt sind, können die Erforschung von Erdbeben auf den Kopf stellen.

Neue Forschungen von Caltech nutzten einen Abschnitt einer Telekommunikationsfaser, um ein Erdbeben der Stärke 6 zu spüren und zu messen, wobei die Baugruppen umfunktioniert wurden, um schärfere Details über das Beben zu gewinnen.

Zhongwen Zhan, Professor für Physik am Caltech, sagte, dasselbe Glasfasernetzwerk, das für Internet und Fernsehen verwendet wird, könne als dichtes Netzwerk provisorischer Seismometer in einer Methode namens DAS (Distributed Acoustic Sensing) dienen.

„Wenn wir eine breitere Abdeckung zur Messung der seismischen Aktivität erreichen können, können wir die Art und Weise, wie wir Erdbeben untersuchen, revolutionieren und mehr Vorwarnungen bereitstellen“, sagte Zhan. „Obwohl wir Erdbeben nicht vorhersagen können, wird die verteilte akustische Erfassung zu einem besseren Verständnis der Details führen, die dem Aufbrechen der Erde zugrunde liegen.“

Die neue Studie, die am Dienstag in „Nature“ veröffentlicht wurde, untersuchte die Lichtsignaturen, die während des Antelope Valley-Bebens der Stärke 6 im Jahr 2021 durch einen Glasfaserkabelabschnitt in der östlichen Sierra Nevada wanderten.

Forscher sagten, dass dieser Kabelabschnitt wie 10.000 Seismometer funktionierte und detaillierte Merkmale des Bebens liefern konnte. Es zeigte sich beispielsweise, dass das Erdbeben von 2021 aus einer Abfolge von vier kleineren Unterereignissen oder Brüchen bestand, Minibeben, die von einem herkömmlichen seismischen Netzwerk nicht erkannt werden konnten.

„Die Verwendung von Glasfaserkabeln als Seismometerserie offenbart Aspekte der Erdbebenphysik, die seit langem vermutet, aber schwer abzubilden sind“, sagte Zhan.

„Stellen Sie sich vor, Sie nutzen ein alltägliches Hinterhofteleskop und richten es auf Jupiter aus“, fügte er hinzu. Sie können den Planeten sehen, aber nicht seine Monde oder irgendwelche Details.

„Mit einem wirklich leistungsstarken Teleskop kann man die feinen Details der Planeten- und Mondoberflächen erkennen. Unsere Technologie ist wie ein leistungsstarkes Teleskop für Erdbeben“, sagte Zhan.

Es gibt auch einen wirtschaftlichen Vorteil. In Südkalifornien gibt es etwa 500 Seismometer, die über eine Fläche von 56.500 Quadratmeilen verteilt sind. Jeder kostet bis zu 50.000 US-Dollar. Die Verwendung von Glasfaserkabeln im gesamten Bundesstaat wäre so, als würde man Kalifornien mit Millionen vorgefertigter Seismometer überhäufen. Der Zugang zu mehr Kabeln kann zu einem besseren Verständnis der Erdbebenphysik und besseren Frühwarnsystemen für Erdbeben führen.

Zhans Team erhielt von der Stadt Pasadena Zugang, um deren Glasfasernetz für die Studie zu nutzen. Sie verwendeten Laserstrahler an einem Ende des Kabels, um Lichtstrahlen durch die langen, dünnen Glasstränge zu schießen, aus denen der Kabelkern besteht. Winzige Unebenheiten im Glas reflektieren das Licht zurück zur Quelle, wo es aufgezeichnet wird. Jede Unvollkommenheit erzeugt dann einen verfolgbaren Wegpunkt oder Haltepunkt entlang des Kabels.

Während eines Erdbebens verursachen seismische Wellen, die sich durch den Boden ausbreiten, ein Wackeln des Kabels, wodurch sich die Laufzeit des Lichts zu und von den Wegpunkten ändert. Die Wissenschaftler nutzten die Informationen, die sie aus diesen Unvollkommenheiten gewannen, um die Bewegung seismischer Wellen zu beobachten.

Zu den Caltech-Forschern gehören neben Zhan auch Jiaxuan Li, Erstautor; Nadia Lapusta, Professorin für Maschinenbau und Geophysik am Caltech; Doktorandin Teaho Kim und Wissenschaftler Ettore Biondi. Die National Science Foundation hat die Studie finanziert.

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