Cabos de telecomunicações subaquáticos formam uma excelente rede sísmica

Sep 30, 2023

Os oceanos são atravessados ​​por cabos de telecomunicações, como ilustra este gráfico que prevê os cabos de fibra ótica que estarão operacionais até 2021, muitos deles (amarelos) de propriedade de empresas privadas como Google e Microsoft. Esses cabos poderiam servir a um propósito duplo como estações sísmicas para monitorar terremotos e sistemas de falhas em 70% da Terra coberta por água. (Gráfico cortesia do New York Times)

Os cabos de fibra ótica que constituem uma rede global de telecomunicações submarinas podem um dia ajudar os cientistas a estudar os terremotos offshore e as estruturas geológicas escondidas nas profundezas da superfície do oceano.

Em um artigo publicado esta semana na revista Science, pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) e Rice University descrevem um experimento que transformou 20 quilômetros de fibra submarina -cabo óptico no equivalente a 10.000 estações sísmicas ao longo do fundo do oceano. Durante seu experimento de quatro dias na baía de Monterey, eles registraram um terremoto de magnitude 3,5 e dispersão sísmica de zonas de falhas subaquáticas.

Sua técnica, que eles haviam testado anteriormente com cabos de fibra ótica em terra, poderia fornecer dados muito necessários sobre terremotos que ocorrem no fundo do mar, onde existem poucas estações sísmicas, deixando 70% da superfície da Terra sem detectores de terremotos.

"Há uma enorme necessidade de sismologia do fundo do mar. Qualquer instrumentação que você colocar no oceano, mesmo que seja apenas nos primeiros 50 quilômetros da costa, será muito útil", disse Nate Lindsey, aluno de pós-graduação da UC Berkeley e principal autor. do papel.

Lindsey e Jonathan Ajo-Franklin, professor de geofísica na Rice University em Houston e cientista do Berkeley Lab, conduziram o experimento com a ajuda de Craig Dawe, da MBARI, proprietária do cabo de fibra ótica. O cabo se estende por 52 quilômetros no mar até a primeira estação sísmica já colocada no fundo do Oceano Pacífico, instalada há 17 anos por MBARI e Barbara Romanowicz, professora da UC Berkeley da Escola de Pós-Graduação do Departamento de Ciências da Terra e Planetárias. Um cabo permanente para o nó do Monterey Accelerated Research System (MARS) foi colocado em 2009, 20 quilômetros dos quais foram usados ​​neste teste enquanto off-line para manutenção anual em março de 2018.

Os pesquisadores empregaram 20 quilômetros (rosa) de um cabo submarino de fibra ótica de 51 quilômetros, normalmente usado para se comunicar com um nodo científico offshore (MARS, Monterey Accelerated Research System), como uma matriz sísmica para estudar as zonas de falha sob a Baía de Monterey . Durante o teste de quatro dias, os cientistas detectaram um terremoto de magnitude 3,5 a 45 quilômetros de Gilroy e mapearam zonas de falha anteriormente desconhecidas (círculo amarelo). (Imagem de Nate Lindsey)

“Este é realmente um estudo na fronteira da sismologia, a primeira vez que alguém usou cabos de fibra ótica offshore para observar esses tipos de sinais oceanográficos ou para imagens de estruturas de falhas”, disse Ajo-Franklin. "Um dos pontos em branco na rede sismográfica mundial está nos oceanos."

O objetivo final dos esforços dos pesquisadores, disse ele, é usar as densas redes de fibra ótica ao redor do mundo – provavelmente mais de 10 milhões de quilômetros ao todo, tanto na terra quanto no mar – como medidas sensíveis do movimento da Terra, permitindo monitoramento de terremotos em regiões que não possuem estações terrestres caras, como aquelas que pontilham grande parte da Califórnia propensa a terremotos e da costa do Pacífico.

"A rede sísmica existente tende a ter instrumentos de alta precisão, mas é relativamente esparsa, enquanto isso dá acesso a uma matriz muito mais densa", disse Ajo-Franklin.

A técnica que os pesquisadores usam é a Sensoriamento Acústico Distribuído, que emprega um dispositivo fotônico que envia pulsos curtos de luz laser pelo cabo e detecta o retroespalhamento criado pela tensão no cabo causada pelo alongamento. Com a interferometria, eles podem medir o retroespalhamento a cada 2 metros (6 pés), transformando efetivamente um cabo de 20 quilômetros em 10.000 sensores de movimento individuais.