دانشمندان از کابل‌های اینترنت یک شبکه عظیم لرزه‌نگاری ساختند

کابل‌های فیبر نوری که تاکنون نقش اصلی آنها انتقال داده و فراهم کردن ارتباطات اینترنتی بوده است، اکنون کاربردی فراتر از مأموریت اولیه خود پیدا کرده‌اند. پژوهشگران با بهره‌گیری از این زیرساخت گسترده، از کابل‌های اینترنت به‌عنوان حسگرهای لرزه‌ای استفاده می‌کنند تا پدیده‌هایی مانند زلزله، فوران آتشفشان، سیل و حتی ماه‌لرزه را با دقت بیشتری رصد کنند.

به گزارش ایتنا و به نقل از BGR، در حال حاضر میلیون‌ها مایل کابل فیبر نوری در سراسر جهان، از جمله حدود ۹۲۰ هزار مایل کابل زیردریایی در کف اقیانوس‌ها، گسترده شده است. هم‌زمان با جایگزینی کابل‌های قدیمی با نمونه‌های جدید، دانشمندان در تلاش هستند از این شبکه جهانی برای پایش بلادرنگ مخاطرات طبیعی بهره بگیرند.

فناوری حسگر صوتی توزیع‌شده (Distributed Acoustic Sensing یا DAS) با ارسال پالس‌های لیزری درون کابل‌های فیبر نوری، کوچک‌ترین تغییرات در ارتعاش، کرنش، جابه‌جایی زمین و حتی حرکت آب را اندازه‌گیری می‌کند. برخلاف لرزه‌سنج‌های سنتی که تنها یک نقطه مشخص را پایش می‌کنند، کابل‌های فیبر نوری می‌توانند در طول مسیر خود به‌عنوان هزاران حسگر پیوسته عمل کرده و داده‌هایی با وضوح بالا و به‌صورت لحظه‌ای ثبت کنند.

کارایی این فناوری در جریان فوران آتشفشان گرینداویک در ایسلند به‌خوبی به نمایش درآمد. بر اساس گزارش بنیاد ملی علوم ایالات متحده، سامانه DAS توانست ۲۶ دقیقه پیش از آغاز فوران، اطلاعاتی را برای صدور هشدار فراهم کند و به ساکنان منطقه فرصت دهد تا پیش از وقوع حادثه محل را تخلیه کنند.

پژوهشگران مؤسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) نیز در آزمایشی، یک کابل فیبر نوری به طول حدود ۶۲ مایل را به شبکه‌ای معادل ۱۰ هزار لرزه‌سنج تبدیل کردند. نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که چنین سامانه‌ای می‌تواند با هزینه‌ای بسیار کمتر از شبکه‌های سنتی، نظارت لرزه‌ای گسترده‌تری ارائه دهد.

در حال حاضر بیش از ۷۰۰ لرزه‌سنج در ایالت کالیفرنیا فعال هستند که قیمت هر یک از آنها به حدود ۵۰ هزار دلار می‌رسد. در مقابل، راه‌اندازی یک سامانه DAS تنها به دستگاهی موسوم به Interrogator با ارزش تقریبی ۲۰۰ هزار دلار نیاز دارد که پالس‌های لیزری را در طول کیلومترها کابل فیبر نوری ارسال و داده‌ها را تحلیل می‌کند.

کاربرد این فناوری تنها به خشکی محدود نیست. در جزایر قناری، پژوهشگران یک کابل مخابراتی زیردریایی را به ۱۱ هزار و ۹۶۸ حسگر کرنش در مسیری حدود ۷۵ مایل تبدیل کردند. این سامانه توانست علاوه بر زلزله‌های محلی و منطقه‌ای، امواج لرزه‌ای ناشی از زمین‌لرزه‌هایی را که هزاران مایل دورتر در اقیانوس رخ داده بودند نیز شناسایی کند.

از زمین تا ماه؛ کاربرد جدید کابل‌های فیبر نوری

دانشمندان معتقدند این فناوری می‌تواند در آینده به مأموریت‌های فضایی نیز راه پیدا کند. پژوهشگران آزمایشگاه ملی لس‌آلاموس پیشنهاد داده‌اند که از کابل‌های فیبر نوری برای ثبت ماه‌لرزه‌ها استفاده شود.

بر اساس این طرح، کابل‌ها می‌توانند در مسیرهایی به طول چندین کیلومتر روی سطح ماه گسترده شوند. آزمایش‌های انجام‌شده با استفاده از بازالت خردشده، که برای شبیه‌سازی خاک ماه به کار رفته است، نشان می‌دهد احتمالاً نیازی به دفن این کابل‌ها در زیر سطح ماه نیز وجود نخواهد داشت. افزون بر این، همین کابل‌ها می‌توانند علاوه بر ثبت فعالیت‌های لرزه‌ای، زیرساخت ارتباطی مأموریت‌های آینده قمری را نیز فراهم کنند.

برخلاف زمین، ماه فاقد صفحات تکتونیکی فعال است؛ بنابراین ماه‌لرزه‌ها بیشتر بر اثر کشش گرانشی زمین، برخورد شهاب‌سنگ‌ها و تغییرات شدید دمایی ایجاد می‌شوند. دمای سطح ماه در شب به کمتر از منفی ۴۱۰ درجه فارنهایت و در روز به حدود ۲۵۰ درجه فارنهایت می‌رسد. این اختلاف دمای شدید باعث انبساط و انقباض پوسته ماه شده و به فعالیت‌های لرزه‌ای آن دامن می‌زند.

پژوهشگران بر این باورند که بررسی دقیق امواج لرزه‌ای می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره ساختار درونی ماه، از جمله چگالی، ترکیب داخلی و احتمال وجود مواد مذاب در اعماق آن ارائه کند. همچنین کشف گسل‌های جدید می‌تواند نشان دهد که این قمر طبیعی از نظر زمین‌شناسی فعال‌تر از برآوردهای پیشین است.

پیش‌تر، در سال ۲۰۱۹، دانشمندان با تحلیل داده‌های ماه‌لرزه به این نتیجه رسیدند که اندازه ماه به‌تدریج در حال کوچک‌تر شدن است. اکنون انتظار می‌رود داده‌های دقیق‌تر حاصل از فناوری DAS، شناخت تازه‌ای از تاریخچه شکل‌گیری و تحول ماه در اختیار پژوهشگران قرار دهد.