Jak działa podwodny system wczesnego ostrzegania przed trzęsieniem ziemi?

Naukowcy z Kalifornijskiego Instytutu Technicznego testują EEW (early warning system – system wczesnego ostrzegania), który informuje o zagrożeniu sejsmicznym. Największym wyzwaniem dla badaczy jest umieszczenie anten na zachodnim wybrzeżu Ameryk – z jednej strony obszarze sejsmicznym, z drugiej – gęsto zaludnionym.

Nieużywany światłowód i system wczesnego ostrzegania przed trzęsieniem ziemi

W najnowszej pracy opublikowanej w „The Seismic Record” badacze z Caltech pokazują, w jaki sposób nieużywany światłowód zostanie wykorzystany w systemie wczesnego ostrzegania przed trzęsieniem ziemi.

Jiuxun Yin z Kalifornijskiego Instytutu Technicznego wraz z zespołem wykorzystali liczący 50 kilometrów podmorski kabel komunikacyjny, który biegnie między Stanami Zjednoczonymi i Chile. Przez cztery dni pobierali próbki danych sejsmicznych z 8 960 odcinków światłowodu. Technika, nazywana Systemem Anten Rozproszonych (Distributed Acoustic Sensing – w skrócie DAS), wykorzystuje punkty długiego włókna światłowodu jako tysiące czujników sejsmicznych.

Zespół Yina wykorzystał dane ze światłowodu do lokalizacji trzęsienia ziemi i oszacowania jego siły. Dane pokazują, że użycie pojedynczej anteny DAS z dna morskiego zwiększa szybkość systemu wczesnego ostrzegania o około trzy sekundy w porównaniu do anteny DAS umieszczonej na lądzie. Naukowcy przeprowadzili symulację, dzięki której odkryli, że rozmieszczając wiele anten DAS w odległości 50 kilometrów od siebie, można poprawić czas alarmowania o zagrożeniu sejsmicznym o pięć sekund.

Badacze, choć chcieli ulepszyć system, nie spodziewali się tak dobrych wyników. Ich zdaniem kluczową zaletą EEW jest jego położenie pod wodą, dzięki czemu nie trzeba czekać na to, aż fale sejsmiczne dotrą do stacji położonych na lądzie.

Obszar aktywny sejsmicznie

Chilijski obszar przybrzeżny jest podobny do zachodniego wybrzeża USA. Oba regiony położone są w aktywnej strefie subdukcji, gdzie płyty tektoniczne zderzają się ze sobą, a jedna płyta wchodzi pod drugą. Powoduje to trzęsienia ziemi największego i najbardziej niszczycielskiego rodzaju. Na terenie wybrzeża Pacyfiku wczesne ostrzeganie o trzęsieniu ziemi może zatem pomóc w ochronie życia i mienia.

Jiuxun Yin wyjaśnia, że głównym powodem badań nad światłowodem jest wysokie ryzyko sejsmiczne Chile. Wybrzeże jest wystawione na częste trzęsienia ziemi na morzu, a mieszkańcy tego regionu padają ofiarą trzęsień o sile 8 stopni (i więcej) w skali Richtera. Największe zarejestrowane na świecie trzęsienie ziemi miało miejsce w 1960 właśnie w Chile. Wobec tego istnieje pilna potrzeba działania niezawodnego systemu wczesnego ostrzegania.

Naukowcy wykorzystują w systemie przeszkoloną sztuczną inteligencję. Przez anteny DAS ma ona wychwytywać sygnały informujące o trzęsieniu ziemi pod wodą. System AI nadal się uczy. Powinien być znacznie bardziej skuteczny od tradycyjnych sejsmografów, choć Yin podkreśla, że te tradycyjne z zadowalającą szybkością przetwarzają dane z anten DAS. Zdaniem naukowca istnieje wiele miejsc na świecie, gdzie można kontynuować badania.

Na Ziemi znajduje się ponad 1500 stacji naziemnych, a postęp technologiczny umożliwia stosowanie przewodów i systemów DAS bez wpływu na transfer danych. Badacze wierzą, że otwiera to nowe horyzonty i są chętni do ich zbadania. Szukają współpracy z właścicielami sieci kablowych, agencjami ochrony środowiska i decydentami politycznymi, aby zwiększyć skalę działania EEW. Będzie to korzystne przede wszystkim dla mieszkańców wybrzeża Pacyfiku.

Adrianna Grajber