Коли землетрус у Мендосіно стався біля узбережжя Каліфорнії у 2024 році, він зніс будинки з фундаментів, викликав 7,5-сантиметрове цунамі, яке досягло берега, і спровокувало захопливий науковий експеримент — і не де-небудь, а в серверній місцевої поліційної дільниці.
Більш ніж за два роки до землетрусу вчені встановили в поліційній ділянці Арката, розташованій недалеко від узбережжя, пристрій під назвою «розподілений акустичний зондувальний запитувач». Пристрій пропускає лазер через оптоволоконні кабелі, що забезпечують ділянку інтернетом, і реєструє, як частина цього лазерного променя коливається або заломлюється на шляху до джерела.
У дослідженні, опублікованому в журналі Science, вчені оголосили, що їм вдалося використати дані з оптоволоконного кабелю для "візуалізації" землетрусу в Мендосіно, визначивши магнітуду, місце та довжину розриву.
Дослідження показує, як вчені можуть фактично перетворити оптоволоконні кабелі на сейсмометри, які повертають докладні дані про землетруси зі швидкістю світла. Незалежні вчені заявили, що ця технологія, що швидко розвивається, може радикально поліпшити системи раннього сповіщення про землетруси, надаючи людям більше часу для пошуку притулку, і може стати ключем до прогнозування катастрофічних землетрусів у майбутньому, якщо це можливо.
"Це перше дослідження, в якому візуалізується процес утворення сейсмічного розриву при землетрусі такої сили", - сказав Джеймс Аттерхолт, геофізик-дослідник Геологічної служби США та головний автор нового дослідження. "Це показує, що існує потенціал для покращення раннього сповіщення про землетруси за допомогою телекомунікаційних оптоволоконних кабелів".
Дослідження передбачає, що дослідники могли б під'єднати своє обладнання до вже розгалужених мереж телекомунікаційних кабелів, які використовують, наприклад, Google, Amazon та AT&T, для збору даних у місцях із низькою щільністю сейсмометрів. Сейсмічний моніторинг морського дна особливо дорогий, і це може стати доступнішим варіантом.
Емілі Бродскі, професор наук про Землю Каліфорнійського університету в Санта-Крузі, яка не брала участі в дослідженні, зазначила, що «раннє попередження про землетруси може бути значно покращено вже завтра», якщо вчені зможуть забезпечити широкий доступ до наявних телекомунікаційних мереж.
«Технічних перешкод тут немає. Це демонструє дослідження Атерхолта», - заявила Бродскі в інтерв'ю.
А у більш віддаленому майбутньому використання цієї технології з оптоволоконними кабелями може допомогти дослідникам визначити, чи можна заздалегідь передбачити деякі з найтрагічніших землетрусів.
В останні роки вчені помітили цікаві закономірності в підводних зонах субдукції перед деякими з найбільших землетрусів, такими як землетрус магнітудою 8,1 в Чилі у 2014 році й землетрус і цунамі в Тохоку у 2011 році в Японії, які призвели до аварії на АЕС.
Обом цим потужним землетрусам передували так звані «повільні» землетруси, які повільно вивільняють енергію протягом тижнів або місяців, але не викликають відчутних для людини поштовхів.
Вчені не впевнені, як інтерпретувати цю закономірність, оскільки існує лише кілька прикладів, а землетруси магнітудою 8,0 і вище рідкісні та погано документуються при ретельному моніторингу.
Якби вчені могли відстежувати сейсмічну активність у телекомунікаційних мережах, вони мали б більше шансів ретельно задокументувати ці події та визначити, чи існують явні докази закономірності, яка могла б передбачити майбутню катастрофу.
"Ми хочемо знати, чи відбувається повільне зсунення розломів, перш ніж воно пришвидшується" і призводить до сильного землетрусу, сказала Бродскі. «Ми постійно бачимо ці ознаки заздалегідь. І нам справді потрібні прилади, встановлені безпосередньо на розломі».
Бродскі зазначила, що неясно, чи можна передбачити ці великі землетруси в зоні субдукції, але ця тема є предметом багатьох наукових суперечок, які нова оптоволоконна технологія може допомогти вирішити.
Дослідники займаються сейсмічним моніторингом за допомогою оптоволоконних кабелів близько десяти років. Бродскі зазначила, що це дослідження показує, що федеральному уряду, науковій спільноті та телекомунікаційним компаніям слід узгоджувати доступ до даних.
«Є обґрунтовані побоювання. Вони стурбовані тим, що хтось може встановити прилад на надзвичайно цінному для них об'єкті. Вони стурбовані пошкодженням кабелів чи прослуховуванням», — сказала Бродскі про телекомунікаційні компанії. «Однак, очевидно, що ці дані також відповідають інтересам громадської безпеки, тому цю проблему необхідно вирішувати на рівні регуляційних органів».
Аттерхолт заявив, що технологія оптоволоконного зондування не замінить традиційні сейсмометри, а доповнить дані, що вже є, і обійдеться дешевше, ніж установка сейсмометрів на морському дні. Використання кабелів для сейсмічного моніторингу, як правило, не впливає на їхню основну функцію — передачу даних.
Цзясюань Лі, доцент кафедри геофізики та сейсмології Х'юстонського університету, який не брав участі у цьому дослідженні, зазначив, що для використання технології розподіленого акустичного зондування (DAS) на морі все ще існують технічні перешкоди. В цей час ця технологія може використовуватися на відстані до 90 миль (145 км).
Лі зазначив, що аналогічна технологія використовується в Ісландії для реєстрації руху магми у вулканах.
"Ми використовували DAS для раннього сповіщення про виверження вулканів", - сказав Лі. «Наразі вона вже працює. Метеорологічне управління Ісландії використовує цю технологію для раннього оповіщення».
Ця технологія також допомогла виявити, що землетрус у Мендосіно був рідкісним «надзсувним» землетрусом, коли руйнація розлому відбувається швидше, ніж поширюються сейсмічні хвилі. За словами Аттерхолта, це схоже на «винищувач, який перевищує швидкість звуку» і створює звуковий удар.
Нове дослідження несподівано виявило закономірність у Мендосіно і може дати нові ключі до розуміння цього явища.
"Ми досі не з'ясували, чому одні землетруси досягають суперзсуву, а інші - ні", - сказав Аттерхолт. «Це може впливати на рівень небезпеки землетрусу, хоча ми й не до кінця розуміємо цей взаємозв'язок».
