Onderzoekers van Sandia National Laboratories beginnen met het analyseren van de eerste dataset op de zeebodem van onder het Arctische zee-ijs met behulp van een nieuwe methode. Ze waren in staat om ijsbevingen en transportactiviteiten op de noordhelling van Alaska vast te leggen, terwijl ze ook letten op andere klimaatsignalen en het leven in zee.

Het team, onder leiding van Sandia-geofysicus Rob Abbott, een iDAS aangesloten, een gedistribueerd akoestisch ondervragingssysteem vervaardigd door Silixa, op een bestaande glasvezelkabel die eigendom is van Quintillion, een in Alaska gevestigd telecommunicatiebedrijf. De kabel bereikt de zeebodem vanaf Oliktok Point. Zeven dagen lang, 24 uur per dag, kabeltrillingen werden opgevangen en geregistreerd, onderzoekers helpen beter te begrijpen welke natuurlijke en door de mens veroorzaakte activiteit plaatsvindt in de door gegevens uitgehongerde oceaan.

Dit is de eerste keer dat een gedistribueerd akoestisch detectiesysteem is gebruikt om gegevens vast te leggen op de zeebodem van de Arctische of Antarctische oceanen. en het team ziet veel voordelen voor toekomstig gebruik.

"Dit is een eerste in zijn soort gegevensverzameling, en wat nationale laboratoria doen, dit is precies het type hoog risico, onderzoek met hoge beloning dat een enorm verschil kan maken in hoe we de Noordelijke IJszee kunnen monitoren, "Zei Sandia-manager Kyle Jones. "Dit is echt op het snijvlak van seismologie en geofysica, samen met klimaatverandering en andere disciplines."

Het team verwacht klimaatsignalen vast te leggen, zoals de timing en distributie van het uiteenvallen van zee-ijs, oceaan golf hoogte, dikte van het zee-ijs, breukzones en stormintensiteit. Verzending, walvissongs en doorbraken kunnen ook worden opgenomen. Deze nieuwe manier van monitoring biedt het potentieel om een ​​grote verscheidenheid aan Arctische fenomenen op een kosteneffectieve en veilige manier voortdurend vast te leggen, zodat wetenschappers de effecten van klimaatverandering op deze kwetsbare omgeving beter kunnen begrijpen, zei Abbott.

De ondervrager ziet eruit als een elektronische doos die op het land aan de glasvezelkabel kan worden bevestigd, en het gebruikt een laser om elke seconde duizenden korte lichtpulsen langs de kabel te sturen. Een klein deel van dat licht wordt teruggekaatst - of terugverstrooid - langs de kabel terwijl de zeebodem waaraan het is bevestigd beweegt als gevolg van aarde, zee ijs, oceaanstromingen en dierenactiviteiten. Het terugverstrooide licht stelt de ondervrager in staat om te detecteren, monitor en volg gebeurtenissen langs de vezel, en gegevens worden opgeslagen op harde schijven.

"Quintillion's glasvezelkabel ligt op een gunstige plek op de North Slope van Alaska, " Zei Abbott. "Deze technologie werkt om verschillende redenen voor dit project. We sturen geen boot om monitoren te planten; we slenteren niet over het zee-ijs om sensoren te installeren. Deze kabel zal tientallen jaren bestaan ​​en we kunnen er goede gegevens over verzamelen. Het is een zeer veilige manier om deze meting te doen in een gevaarlijke omgeving."

Gefinancierd door het Laboratory Directed Research and Development-programma, dit was de eerste van acht weken durende gegevensverzameling die de komende twee jaar tijdens het project zal plaatsvinden. Het team zal Alaska bezoeken in elk van de vier Arctische seizoenen die worden gedefinieerd als ijsgebonden, ijsvrij, invriezen en ontdooien. Een derde jaar zal worden besteed aan het verder analyseren van gegevens.

Abbott zei dat de resultaten zullen worden gecommuniceerd met de bredere wetenschappelijke gemeenschap en zullen worden verstrekt aan de klimaatmodelleringsgemeenschap voor opname in algoritmen. Aanvullend, het team hoopt dat de resultaten van het project de noodzaak zullen aantonen van aanhoudende gedistribueerde akoestische waarnemingsmonitoring in het noordpoolgebied.

"We willen data leveren aan betrouwbare klimaatmodellen en ruwe data-analyse, "Zei Abbott. "Ik hoop ook een directe meting van de dikte van het zee-ijs uit te voeren, wat momenteel moeilijk is. Direct, je hebt een vliegtuig nodig dat overvliegt of je moet het ijs op. Dat kan heel gevaarlijk en duur zijn, en je kunt het maar één of twee keer per jaar doen. Met behulp van een glasvezelkabel, het gedistribueerde akoestische detectiesysteem zou 24/7/365 beschikbaar kunnen zijn en je zou mogelijk één keer per dag een meting van de zee-ijsdikte kunnen doen."

Bemoedigende gegevens vastgelegd in de eerste 168 uur

Sandia-onderzoekers zijn net begonnen met het analyseren van de eerste 168 uur aan gegevens die in februari zijn verzameld, en ze worden aangemoedigd door wat ze zien, zei Abbott.

"We zien dingen die wijzen op ijsbevingen. We zien gebeurtenissen tot 33 kilometer ver in de oceaan waar er geen antropogene activiteit zou moeten zijn, " hij zei, verwijzend naar de eerste twee uur aan gegevens waar hij naar had gekeken. "We zien zeker een natuurlijke gebeurtenis. Het kan een ijsbeving zijn, of het kan een micro-seismische gebeurtenis in de grond zijn, zoals een aardbeving. We zijn er nog niet uit."

Dichter bij de kust, Abbott zei dat het team hoogstwaarschijnlijk productie- en herinjectieputten heeft geregistreerd die afvalwater en frequenties recyclen die indicatief zijn voor getijden en stromingen in de oceaan. Een verrassend resultaat was dat het systeem de frequenties van een laagvliegend hovercraft oppikte.

De ondervrager kan gebeurtenissen opnemen met een ruimtelijke dichtheid van drie tot vier ordes van grootte groter dan bij traditionele hydrofoon- of oceaanbodemseismometers, zei Abbott.

"In deze eerste gegevensverzameling, we hadden niet veel stromingen en ijsbevingen verwacht omdat er een stabiele ijsbedekking was over het hele gebied, en toch zien we sommige van die dingen, wat spannend is, ' zei Abbott.

Abbott zei dat hij uitkijkt naar het vastleggen van gegevens over walvissen en zeehonden tijdens het trekseizoen. Het noordpoolgebied is de thuisbasis van Groenlandse walvissen en beluga's, elk met individuele nummers. Het systeem zou deze nummers op dezelfde manier moeten kunnen opnemen als aardbevingen, omdat trillingen in de oceaan worden doorgegeven aan de aarde, die vervolgens naar de kabel wordt verzonden. Met walvissen, een karakteristiek patroon ontwikkelt zich naarmate de song van toonhoogte verandert.

"Het heet zweefvliegen, waar in de loop van de tijd, de frequenties beginnen laag en gaan hoog en weer omlaag, "Zei Abbott. "Dat soort frequenties zijn kenmerkend voor biologische bronnen en zijn gemakkelijk te onderscheiden van andere bronnen, zoals aardbevingen. Walvissen zingen vaak meer dan 30 minuten met individuele herhaalde noten die een paar seconden duren en op en neer glijden."

Het weer op de North Slope voegde intensiteit toe aan de kritieke eerste week van het experiment

Het verwachte maar felle klimaat op de noordhelling was een uitdaging. In februari, het gebied is ongeveer 18 uur per dag donker en omdat er veel sneeuw waait en wegen niet goed gemarkeerd zijn, alles blijft er als nieuw uitzien, zei Abbott. Het team had ook te maken met bittere kou, en terwijl ze voorbereid waren, temperaturen waren ongeveer 10 graden kouder dan verwacht, op een gegeven moment dalend tot min 45 Fahrenheit (min 77 inclusief gevoelstemperatuur). Zelfs de mensen die er werken voor de kost hebben alle buitenactiviteiten stopgezet, zei Abbott.

"Het Amerikaanse Noordpoolgebied is formidabel, 30 graden onder nul is een veelvoorkomend verschijnsel in de wintermaanden, " zei Michael McHale, Quintillion's hoofd inkomsten. "Een groot deel van de regio is toendra en moeilijk te doorkruisen bij het beste weer. Hier werken vereist aanzienlijke ervaring en zwaarbevochten expertise. De technische implicaties zijn enorm. De meeste netwerken en satellietgrondstations werken niet in regio's waar ze moeten worden in staat om 70 graden onder nul te verdragen."

Door de barre omstandigheden, De glasvezelkabel van Quintillion is dubbel gepantserd met een koperen en stalen mantel ter bescherming tegen snijden, verpletterende of schurende schade, zei McHale.

"Alle netwerkcomponenten van het bedrijf, inclusief de bekabeling, zijn ontworpen om de extreme Arctische omgeving te weerstaan ​​en te beschermen tegen netwerkstoringen, " voegde hij eraan toe. "De onderzeese delen van de kabel zijn voornamelijk begraven onder de zeebodem."

De zenuwen hielden de hele week aan omdat de succesvolle gegevensverzameling onzeker was

De dag nadat het team arriveerde, onderzoekers ontmoetten elkaar in de Quintillion kabelaanlegfaciliteit waar het gedistribueerde akoestische detectiesysteem werd geïnstalleerd met de hulp van het bedrijf. Een teamlid uit Silixa, het bedrijf Sandia kocht het gedistribueerde akoestische detectiesysteem van, was er ook om te helpen.

Sandia-onderzoekers konden ongeveer 30 mijl van de onderzeese glasvezelkabels gebruiken, McHale zei, en de installatie verliep vlot. Hij voegde eraan toe dat het project tot nu toe een geweldige ervaring is geweest.

"De kans om te werken met enkele van de meest deskundige geofysici en datawetenschappers in het land is opwindend en een eer, " zei hij. "Het ondersteunen van het werk van de wetenschappelijke gemeenschap is al lang een doel van Quintillion. Het bereiken van dat doel met een klant die zo hoog aangeschreven staat als Sandia Labs overtrof onze verwachtingen."

Tijdens de eerste dagen van de eerste inzameling, er was nervositeit onder het team te verwachten omdat dit iets was dat nog niet eerder was gedaan. Terwijl Abbott glasvezelkabels heeft gebruikt om explosies voor Sandia vast te leggen, hij had ze niet op een zeebodem gebruikt en ook niet voor zoiets groots.

De ondervrager verzamelt 2 gigabyte aan informatie per minuut, en omdat het zo snel binnenkomt, het is moeilijk om te weten of de gegevens goed zijn, zei Abbott. Na drie of vier dagen, het team had aanwijzingen dat het systeem goed werkte, en het duurde de hele week voordat ze vertrouwen hadden in het experiment.

"Waar ik enthousiast over ben, is dat we veel interessante fenomenen zien in deze gegevensverzameling, wat waarschijnlijk de stilste dataset zal zijn met de minste hoeveelheid ijsbevingen of golfbewegingen, "Zei Abbott. "Zodra we beginnen te zien dat het ijs breekt en ijsbergen tegen elkaar botsen in andere seizoenen wanneer er helemaal geen ijs is, we zullen dingen beter zien, zoals getijden, stromingen en stormen."