La nuova tecnologia dei cavi sottomarini è come “un potente telescopio per i terremoti”

Aug 02, 2023

Imaginima/iStock

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In un nuovo studio al Caltech, i modesti cavi sotterranei in fibra ottica che attraversano il paesaggio della California hanno rivelato un vantaggio speciale: rilevare e misurare i terremoti.

Mentre questi cavi forniscono la connettività Internet, una sezione del cavo in fibra ottica è stata riproposta per approfondire la complessa meccanica di un terremoto di magnitudo 6, facendo luce sui dettagli del suo processo di rottura.

I risultati, pubblicati sulla rivista Nature il 2 agosto, mettono in luce il potenziale dei cavi in ​​fibra ottica per migliorare la comprensione dei terremoti e i sistemi di allarme rapido, a condizione che venga raggiunta una più ampia copertura dei cavi.

Giusto per chiarire, il rilevamento dei terremoti tramite cavi sottomarini non è un concetto nuovo. Infatti, Interesting Engineering (IE) ha precedentemente riferito come almeno 400 di essi possano essere sfruttati a livello globale, come rivelato in una sessione di domande e risposte con un esperto.

Ora, in un recente comunicato stampa, un team guidato dal professore di geofisica Zhongwen Zhan ha introdotto un metodo innovativo chiamato rilevamento acustico distribuito.

Reinventando i cavi in ​​fibra ottica come sismometri improvvisati, hanno sfruttato una sezione di cavo di soli 100 chilometri per svelare informazioni dettagliate sulle complesse dinamiche di uno specifico terremoto del 2021.

"Se riusciamo a ottenere una copertura più ampia per misurare l'attività sismica, possiamo rivoluzionare il modo in cui studiamo i terremoti e fornire un allarme più tempestivo", ha spiegato Zhan in un comunicato stampa.

“Sebbene non possiamo prevedere i terremoti, il rilevamento acustico distribuito porterà a una migliore comprensione dei dettagli alla base del modo in cui la Terra si rompe”.

Nel sud della California, circa 500 sismometri coprono una vasta distesa di circa 56.500 miglia quadrate, ciascuno con un prezzo fino a 50.000 dollari. Al contrario, sfruttando i cavi in ​​fibra ottica si potrebbe virtualmente ricoprire la regione con milioni di sismometri economicamente vantaggiosi.

La tecnica ingegnosa prevede il posizionamento di emettitori laser a un'estremità del cavo, inviando raggi di luce attraverso i fili di vetro che compongono il nucleo del cavo.

Le imperfezioni nel vetro riflettono una frazione della luce verso la sorgente per la registrazione. Ciò trasforma il cavo in una rete di waypoint tracciabili, che rispondono ai movimenti del terreno alterando i tempi di viaggio della luce tra questi punti.

Per gentile concessione di Z. Zhan

In sostanza, le imperfezioni del cavo agiscono come migliaia di singoli sismometri, consentendo ai sismologi di catturare il movimento delle onde sismiche.

Nello studio, il team si è concentrato sulle tracce luminose all’interno di un segmento di cavo in fibra ottica situato nella Sierra Nevada orientale durante il terremoto di magnitudo 6 dell’Antelope Valley del 2021.

Questa sezione equivalente a 10.000 sismometri ha svelato la complessità del terremoto, rivelando una sequenza di quattro rotture più piccole, o "sottoeventi". Questi sotto-eventi sfuggenti, simili a mini terremoti, sfuggivano alle reti sismiche convenzionali.

Collaborando con il laboratorio di Nadia Lapusta, il team ha costruito un modello accurato del terremoto di M6 utilizzando i dati sismici misurati. Il modello ha delineato con precisione la tempistica dei quattro sottoeventi e la posizione delle regioni di faglia.

"Per analogia, immagina il tuo telescopio da giardino quotidiano. Puoi vedere Giove, ma probabilmente non puoi vedere le sue lune o alcun dettaglio", ha detto Zhan.

"Con un telescopio davvero potente, puoi vedere i minimi dettagli del pianeta e della superficie lunare. La nostra tecnologia è come un potente telescopio per i terremoti."

Il potenziale del riutilizzo dei cavi in ​​fibra ottica come strumenti sismici è molto promettente, poiché offre un mezzo economicamente vantaggioso per ampliare la nostra comprensione dei terremoti e, idealmente, mitigarne gli impatti.

Mentre la scienza continua a collegare l’innovazione tecnologica con i processi naturali della Terra, il futuro della ricerca sui terremoti diventa più luminoso con ogni impulso di luce che scorre attraverso i cavi interrati.

Lo studio completo è stato pubblicato su Nature il 2 agosto.