Этот исследователь из Калифорнийского технологического института обратился к широкополосной подземной сети Пасадены, чтобы обнаружить землетрясения.

Чжунвэнь Чжань, 36 лет, может отнести один переломный момент в своей жизни к буквально потрясающему событию.

Он был студентом бакалавриата в Китае, когда землетрясение силой 9,1 балла разрушило морское дно в Индийском океане, вызвав мощное цунами, унесшее жизни 230 000 человек. Это было 26 декабря 2004 года.

«Я знал, что меня интересуют науки о Земле, но когда я увидел, как все сообщество было мобилизовано для изучения этого землетрясения в течение нескольких дней, как мы смогли многому научиться, я был поражен способностью ученых собрать так много данные, не выезжая на место, просто используя датчики, чтобы узнать больше и помочь людям», — сказал Чжан. «Было интересно наблюдать за этим».

Это увлечение привело Жана в Калифорнийский технологический институт, где он получил докторскую степень по геофизике в 2014 году и где сейчас преподает геофизику.

На этой неделе Жан и его команда из четырех человек опубликовали исследование в журнале Nature, сообщив об успешном подключении подземных оптоволоконных кабелей в Пасадене для обнаружения сотрясений с более высоким разрешением и анализа сложных деталей землетрясения.

Жан и его коллеги изучили участок оптоволоконного кабеля с помощью DAS или распределенного акустического зондирования. Команда использовала лазерные излучатели, чтобы излучать свет через кабели, которые имеют крошечные дефекты каждые несколько метров, отражающие часть света к источнику. Этот массив действует как отдельные сейсмометры и предоставляет ученым, занимающимся землетрясениями, подробную информацию о движении сейсмических волн.

Им повезло, что у команды были излучатели на месте, когда землетрясение магнитудой 6 потрясло Долину Антилоп в 2021 году. Они смогли изучить световые сигнатуры, проходящие через 100-километровый участок кабеля, чтобы точно построить график землетрясения и точно последовательность из четырех небольших разрывов, которые не могли быть обнаружены обычной сейсмической сетью.

Захватывающая возможность перепрофилирования миллионов миль оптоволоконных кабелей по всему миру в плотную сеть самодельных сейсмометров может углубить понимание учеными физики землетрясений и, в конечном итоге, улучшить системы раннего предупреждения о землетрясениях.

«Использование оптоволоконного кабеля в качестве серии сейсмометров раскрывает аспекты физики землетрясений, которые уже давно выдвигались в качестве гипотез, но которые трудно представить», — сказал Чжан. «Лучшее понимание может очень помочь в нашей подготовке к землетрясениям, наши знания о типах землетрясений и дают нам больше шансов зафиксировать землетрясения».

Группа Жан потратила на это исследование около четырех лет. Среди них Цзясюань Ли, первый автор; Надя Лапуста, профессор машиностроения и геофизики Калифорнийского технологического института; аспирант Теахо Ким и ученый Этторе Бионди. Национальный научный фонд оплатил исследование.

По словам Чжана, идея использовать оптические волокна для измерения окружающей среды возникла в 70-х и 80-х годах, когда появилась оптоволокно.

«Люди быстро поняли, что возмущения окружающей среды могут вызвать проблемы в общении», — добавил он. «Это также означает, что зондирование возможно. Новым здесь является использование этой технологии для изучения землетрясений. Сейсмологам всегда хотелось иметь больше датчиков для изучения землетрясений, и оптоволоконные датчики с помощью телекоммуникационного кабеля идеально подходят».

Майк Гурнис, директор сейсмологической лаборатории Калифорнийского технологического института, назвал исследования Жана ключевым элементом приоритетов сейсмологической лаборатории.

«Возможно, мы единственная региональная сеть, пытающаяся интегрировать такого рода сигнал в нашу традиционную плотную широкополосную сейсмическую сеть посредством различных исследовательских проектов с преподавателями», — сказал Гурнис в статье о кампусе, посвященной столетнему юбилею лаборатории в ноябре прошлого года.

Чжан помнит о сейсмологических следах, которым он следует в Калифорнийском технологическом институте, где в 1920-х и 30-х годах зародилась современная сейсмология землетрясений. Это было время, когда Хьюго Бениофф изобрел инструменты для обнаружения сейсмических волн, а Чарльз Рихтер и Бен Гутенберг совместно разработали так называемую шкалу Рихтера для измерения магнитуды землетрясений. Ближе к сегодняшнему дню сейсмолог Люси Джонс продолжает работать приглашенным научным сотрудником по геофизике в Калифорнийском технологическом институте.