Google pokazało, jak podmorskie kable światłowodowe mogą być przydatne w systemach ostrzegania przed trzęsieniami ziemi i tsunami na całym świecie.

Istnieje długa tradycja używania światłowodów do zastosowań czujnikowych. Ale podczas gdy większość z tych technik jest skuteczna na dystansach do 100 km, Google opracował technikę, która działa na dziesiątki tysięcy kilometrów.

Technika ta opiera się na sprzęcie, który jest obecny w zdecydowanej większości istniejących na świecie systemów światłowodowych, więc ma szerokie zastosowanie.

Globalna sieć kabli podmorskich Google umożliwia udostępnianie, wyszukiwanie, wysyłanie i odbieranie informacji na całym świecie z prędkością światła. Kable te są zbudowane przy użyciu światłowodów, które przenoszą dane w postaci impulsów światła przemieszczających się z prędkością 204 190 kilometrów na sekundę. Pulsujące światło napotyka zniekształcenia, pokonując tysiące kilometrów po kablu.

Na końcu wykrywane są impulsy świetlne, a zniekształcenia korygowane przez cyfrowe przetwarzanie sygnału. Jedną z właściwości światła, które jest śledzone w ramach transmisji optycznej, jest stan polaryzacji (SOP). SOP zmienia się w odpowiedzi na zakłócenia mechaniczne wzdłuż kabla, a śledzenie tych zakłóceń umożliwia wykrycie aktywności sejsmicznej.

Pod koniec 2019 r.Google zaczęło monitorować SOP na niektórych światowych kablach podwodnych. Podczas wstępnej próby terenowej zaobserwowano, że SOP był wyjątkowo stabilny, nawet po przemierzeniu przez sygnał 10500 km.

Przez kilka tygodni dno oceanu było ciche, nie wykazując żadnych zmian SOP, które wskazywałyby na trzęsienie ziemi. Następnie, 28 stycznia 2020 r., wykryło trzęsienie ziemi o sile 7,7 w skali Richtera na Jamajce. Wykres SOP pokazał wyraźny skok na znaczniku czasu około pięć minut po wystąpieniu trzęsienia ziemi, skorelowany z czasem podróży fali sejsmicznej z Jamajki do kabla, a czas trwania skoku wynosił około 10 minut.

Zespół Google podzielił się wynikami z dr. Zhongwenem Zhanem z Laboratorium Sejsmologicznego Kalifornijskiego Instytutu Technologii, który potwierdził obserwacje i dostarczył dodatkowych informacji na temat czasów podróży różnych typów fal sejsmicznych oraz oczekiwanych zakresów częstotliwości "podróży" SOP.

W miesiącach następujących po trzęsieniu ziemi na Jamajce, zespół wykrył również wiele trzęsień ziemi o umiarkowanych rozmiarach, zarówno na krótszych, jak i na dłuższych dystansach.

22 marca 2020 roku na Wschodnim Pacyfiku doszło do trzęsienia ziemi o sile 6,1 stopnia. Zespół zaobserwował wyraźną aktywność SOP w czasie zgodnym z obserwacjami wykonanymi w stacji monitorowania sejsmicznego w Tlapa w Meksyku, która znajdowała się w podobnej odległości.

Następnie, 28 marca, trzęsienie ziemi o sile 4,5 stopnia wystąpiło u wybrzeży w pobliżu Valparaiso w Chile, zaledwie 30 km od jednego z kabli Google. Zdarzenie to spowodowało wyraźny, ale krótki wzrost aktywności SOP - krótki czas trwania prawdopodobnie wynikał z szybkiego zaniku intensywności wibracji wzdłuż kabla w przypadku tego stosunkowo niewielkiego zdarzenia.

„Jesteśmy podekscytowani wczesnym sukcesem wykrywania zdarzeń sejsmicznych za pomocą kabli podmorskich, co może poprawić naszą zdolność obserwacji zarówno struktury Ziemi, jak i dynamiki trzęsień ziemi. Ale to dopiero początek ”- powiedział zespół Google.

Analizując dane, dr Zhan wykazał, że nie tylko można wykryć trzęsienia ziemi pochodzące z płyt tektonicznych, ale także można wykryć zmiany ciśnienia w samym oceanie, co może pomóc w przewidywaniu tsunami.

Oczywiście to tylko pierwsza demonstracja, a nie działający system i wiele pozostaje do zrobienia. Po pierwsze, naukowcy będą musieli lepiej zrozumieć ogrom złożonych danych, które będą generowane w wyniku monitorowania SPO.

Aby stworzyć solidny system monitorowania trzęsień ziemi, naukowcy potrzebują zaawansowanej matematyki i analizy danych, w których zaawansowane systemy obliczeniowe, takie jak Google Cloud, mogą odegrać kluczową rolę.

Podejście to nie jest postrzegane jako zastąpienie dedykowanych czujników sejsmicznych, ale jako źródło uzupełniających informacji umożliwiających wczesne ostrzeganie o trzęsieniach ziemi i tsunami.