science >> Wetenschap >  >> Natuur

Seismologen volgen de naschokken van Ridgecrest met behulp van een nieuw glasvezelnetwerk

Een oppervlaktebreuk toont grondbeweging na een paar grote aardbevingen die nabij Ridgecrest troffen, CA, op 4 en 5 juli, 2019. Krediet:Ben Brooks, USGS; Publiek domein

Seismologen van Caltech gebruiken glasvezelkabels om de naschokken van de 2019 Ridgecrest-aardbeving in meer detail te volgen en vast te leggen dan voorheen mogelijk was. Elke dag vinden er in de hele regio duizenden kleine naschokken plaats, waarvan een ongekend aantal nu kan worden gevolgd en bestudeerd.

De ontluikende techniek houdt in dat een lichtstraal door een "donkere, " of ongebruikt, glasvezelkabel. Wanneer de straal kleine onvolkomenheden in de kabel raakt, een minuscuul deel van het licht wordt teruggekaatst en opgenomen.

Op deze manier, elke imperfectie fungeert als een traceerbaar waypoint langs de glasvezelkabel, die typisch enkele meters onder het aardoppervlak wordt begraven. Seismische golven die door de grond bewegen, zorgen ervoor dat de kabel minutieus uitzet en samentrekt, waardoor de reistijd van het licht van en naar deze waypoints verandert. Door deze veranderingen te monitoren, seismologen kunnen de beweging van seismische golven waarnemen.

"Deze onvolkomenheden komen vaak genoeg voor dat elke paar meter glasvezel fungeert als een individuele seismometer. Voor de 50 kilometer glasvezelkabel op drie verschillende locaties die we voor het project hebben aangeboord, het is ongeveer vergelijkbaar met het inzetten van meer dan 6, 000 seismometers in het gebied, " zegt Zhongwen Zhan, assistent-professor geofysica, wie leidt de inspanning.

Het project werd gelanceerd slechts enkele dagen nadat de twee grote aardbevingen het Ridgecrest-gebied troffen. Zhan belde rond, zoeken naar ongebruikte glasvezelkabel die lang genoeg en dicht genoeg bij het seismisch actieve gebied zou zijn om bruikbaar te zijn. Eventueel, de beheerder van de Inyokern Airport, Scott Seymour (die ook het gebruik van het glasvezelnetwerk rond de luchthaven had aangeboden), verbond Zhan met Michael Ort, de chief executive officer van het Digital 395-project van de California Broadband Cooperative. Het project heeft tot doel een nieuw 583-mijls glasvezelnetwerk te bouwen dat voornamelijk de Amerikaanse Route 395 volgt, die van noord naar zuid langs de oostkant van de Sierra Nevada loopt, langs Ridgecrest.

Digital 395 heeft aangeboden om Zhan drie segmenten van zijn glasvezelkabel te laten gebruiken:10 kilometer van Ridgecrest naar het westen, en twee secties zowel ten noorden als ten zuiden van Olancha, in de buurt waar er intense seismische activiteit was, veroorzaakt door de M7.1-beving. "De aardbevingen van 4-5 juli hebben een 50 kilometer lange breuk veroorzaakt die naschokken heeft veroorzaakt in afzonderlijke regio's die we kunnen bestuderen, " zegt Zhan. Ondertussen, de meetinstrumenten die Zhan voor het project op de glasvezelkabel heeft aangesloten, zijn geleverd door fabrikanten OptaSense en Silixa.

Zhan's team is ook verder naar het zuiden ingezet bij het Goldstone Deep Space Communications Complex, een NASA-faciliteit gerund door JPL. (JPL wordt beheerd door Caltech voor NASA.) De site, die dicht bij Fort Irwin ligt, host een dark fiber-netwerk dat Zhan eerder gebruikte om de glasvezel-seismische monitoringtechnologie te testen. "Het is slechts ongeveer 70 kilometer van Ridgecrest, dus dit zou een goed moment zijn om terug te gaan, " hij zegt.

Onmiddellijk na de aardbeving, de USGS zette ook tijdelijke seismometers in rond Ridgecrest om naschokken te monitoren. Zhan zegt dat zijn glasvezelsysteem die inspanning zal aanvullen in plaats van dupliceren. De tijdelijke seismometers kunnen een groter gebied bestrijken, maar produceren schaarsere metingen, hij zegt. Ze werken ook vaak op batterijen en hebben geen netwerk, wat betekent dat de gegevens die ze registreren pas beschikbaar zijn nadat hun batterijen leeg zijn en zijn opgehaald, terwijl een deel van de gegevens van het glasvezelsysteem van Zhan onmiddellijk beschikbaar zal zijn.

Hoewel de seismische monitoring van Ridgecrest tijdelijk zal zijn, Zhan en zijn collega's hopen soortgelijke systemen permanent op te zetten in belangrijke steden in Zuid-Californië. Dit werk begon met een proefproject in 2018 waarbij het Caltech Seismological Laboratory en de stad Pasadena betrokken waren om een ​​deel van de donkere vezel van de stad te gebruiken om de trillingen in het gebied te bewaken.

"De combinatie van de Pasadena-vezelarray en de Ridgecrest-implementaties hebben twee belangrijke wetenschappelijke primeurs opgeleverd:de Pasadena-array is het eerste voorbeeld van een permanent aardbevingsbewakingssysteem met behulp van glasvezel, terwijl de Ridgecrest-implementaties, ook een primeur in het monitoren van aardbevingen, ons een glimp te geven van wat we zouden kunnen zien als we in staat zouden zijn om continu donkere vezels te verlichten in heel Zuid-Californië, " zegt Michael Gurnis, John E. en Hazel S. Smits Hoogleraar Geofysica en directeur van het Caltech Seismologisch Laboratorium. "Ze stellen ons in staat om te observeren en te begrijpen hoe seismische golven weerkaatsen door onze complexe bergen en bekkens na een grote aardbeving."

De informatie verzameld van het Ridgecrest-vezelnetwerk zal seismologen helpen meer te weten te komen over hoe aardbevingsreeksen vervallen en migreren door de aarde, en zal meer details geven over hoe seismische golven door de regio rond Ridgecrest bewegen.

Het verwerken van de grote hoeveelheid gegevens die het glasvezelsysteem verzamelt, zal maanden duren, zelfs met behulp van geautomatiseerde systemen, zegt Zhan, die schat dat zijn team de komende maanden in de orde van grootte van 10 tot 20 terabyte aan gegevens zal ontvangen.

"Dit houdt ons wel even bezig, maar op het einde, we zullen een duidelijker beeld hebben van hoe deze reeks evolueerde dan anders mogelijk zou zijn, "zegt Zhan.