Ondergrondse glasvezelkabels, zoals degenen die de wereld verbinden via telefoon en internet, een onbenut potentieel hebben voor het monitoren van zwaar weer, volgens wetenschappers van Penn State.

Onderzoekers veranderden kilometerslange kabels onder de campus van University Park in duizenden virtuele sensoren die in staat zijn om kleine seismische gebeurtenissen te detecteren die worden veroorzaakt door donder die tijdens een storm in april uit de lucht weergalmt.

"Zwaar weer heeft een sterke wisselwerking met de grond, maar we hebben niet de mogelijkheid gehad om de koppeling tussen de atmosfeer en de vaste aarde te bestuderen, " zei Tieyuan Zhu, assistent-professor geofysica aan Penn State en hoofdauteur van het onderzoek. "Met deze nieuwe technologie we kunnen bestaande glasvezelnetwerken gebruiken om duidelijk te zien hoe onweersenergie door de campus ging."

De bevindingen, vandaag (11 december) gepubliceerd in de Journal of Geophysical Research:Atmosferen , markeer de eerste keer dat wetenschappers door donder veroorzaakte seismische gebeurtenissen hebben geregistreerd, of onweer, het soort glasvezelnetwerk gebruiken dat begraven ligt onder de meeste grote steden in de Verenigde Staten, zeiden de wetenschappers.

"De mogelijkheid om glasvezelkabels te gebruiken om de bron van onweer te detecteren, biedt nog een andere manier om onweersbuien te volgen en te helpen bij de openbare veiligheid en noodhulp, vooral in stedelijke gebieden, " zei David Stensrud, hoofd van de afdeling Meteorologie en Atmosferische Wetenschappen van Penn State en co-auteur van het onderzoek. "Elke nieuwe gegevensbron helpt ons storm-trackingvermogen te verbeteren."

Met behulp van recente technologie genaamd een gedistribueerde akoestische sensing (DAS) array, wetenschappers ontdekten dat ze de richting van de storm konden volgen op basis van de intensiteit van de onweersgebeurtenissen, en dat hun bevindingen overeenkwamen met de locatie van bliksem geregistreerd door het Amerikaanse National Lightning Detection Network.

De DAS-array stuurt een laser door een van de haardunne glasvezels in de kabels en kan kleine veranderingen detecteren die worden veroorzaakt door druk die zo gering is als een mens die loopt, zeiden de wetenschappers. De array meet elke zes-en-een-halve voet, wat betekent dat de enkele kilometers ononderbroken kabel onder de campus van het University Park werkt als een netwerk van 2, 000 sensoren.

"Als er een verandering is in de externe energie op de grond erboven, zelfs lopende stappen, je zult een heel kleine verandering hebben die de vezel gaat uitrekken of comprimeren, "Zei Zhu. "De laser is erg gevoelig en kan deze kleine veranderingen detecteren."

Tijdens stormen, donder creëert akoestische druk mijlen boven de aarde die naar beneden reist, raakt de grond en verspreidt zich als golven in een vijver. Mensen kunnen deze donderbevingen niet horen of voelen, maar de kleine bewegingen worden opgevangen door de glasvezelkabels, zeiden de wetenschappers.

De array kan belangrijke nieuwe informatie opleveren over het binnenste van de aarde. Omdat er zo weinig aardbevingen zijn aan de oostkust, wetenschappers missen lokale aardbevingsgegevens die kunnen helpen bij het in beeld brengen van de aardkorst en mantel, aldus de onderzoekers.

De methode heeft het potentieel om breder te worden gebruikt voor andere natuurlijke gevaren zoals aardbevingen, orkanen en overstromingen, aangezien reeds bestaande glasvezelkabelnetwerken in stedelijke gebieden in het hele land bestaan, volgens de wetenschappers.

"Dit onderzoek is een voorbeeld van het nemen van een bestaande technologie en het gebruiken ervan voor een ander doel, "Zei Stensrud. "Het hebben van technologieën die multifunctioneel zijn, maximaliseert de voordelen voor de samenleving."