Tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van de Seismological Society of America in 2021, onderzoekers deelden hoe ze glasvezelkabels gebruiken om de kleine aardbevingen te detecteren die optreden in ijs op Antarctica.

De resultaten kunnen worden gebruikt om de beweging en vervorming van het ijs onder veranderende klimaatomstandigheden beter te begrijpen, en de toekomstige monitoring van projecten voor het afvangen en opslaan van koolstof te verbeteren, zei Anna Ooievaar, een geofysicus bij Silixa Ltd.

Stork besprak hoe zij en haar collega's hun methoden voor gedistribueerde akoestische detectie verfijnen, of DAS, voor microseismiciteit - aardbevingen die te klein zijn om gevoeld te worden. DAS werkt door de kleine interne gebreken in een optische vezel te gebruiken als duizenden seismische sensoren. Een instrument aan het ene uiteinde stuurt laserpulsen door de kabel en meet de "echo" van elke puls terwijl deze wordt gereflecteerd door de interne gebreken van de vezel.

Wanneer de vezel wordt verstoord door aardbevingen of ijsbevingen, er zijn veranderingen in de grootte, frequentie en fase van laserlicht dat wordt teruggestrooid naar de DAS-ontvanger die kan worden gebruikt, kenmerken de seismische gebeurtenis.

Michael Kendall van de Universiteit van Oxford zei dat het Antarctische onderzoek aantoont hoe DAS kan worden gebruikt om ondergrondse koolstofafvang en -opslag op andere locaties in de wereld te monitoren. Bijvoorbeeld, de lay-out van het Antarctische netwerk biedt een goed voorbeeld van hoe een soortgelijk netwerk kan worden geconfigureerd om microseismiciteit die kan worden veroorzaakt door koolstofopslag het beste te detecteren.

"Ons werk demonstreert ook een methode om DAS-vezelarrays te gebruiken om microseismische bronmechanismen van aardbevingen in meer detail te onderzoeken dan conventionele geofoons, "Zei Tom Hudson van de Universiteit van Oxford. "Als we het bronmechanisme kunnen analyseren - hoe een aardbeving faalt of breekt - dan kunnen we de aardbeving misschien toeschrijven aan de beweging van vloeistoffen zoals koolstofdioxide in een reservoir."

De Antarctische microseismische ijsbevingen geregistreerd door DAS "zijn ongeveer magnitude -1, overeenkomend met ongeveer de grootte van een boek dat van een tafel valt, "Hudson legde uit, "dus het zijn hele kleine aardbevingen."

De studie van Hudson en collega's is de eerste die DAS gebruikt om naar ijsbevingen op Antarctica te kijken. De glasvezelkabel werd ingezet in een lineaire en driehoekige configuratie op het ijsoppervlak bij de Rutford Ice Stream.

Kendall zei dat er een aantal uitdagingen zijn bij het gebruik van glasvezelsensoren in de barre omgeving van Antarctica. De apparatuur moest in stukken per boot en meerdere vliegtuigen naar de onderzoekslocatie reizen. De onderzoekers moesten de vezel begraven om windgeruis te verminderen dat het seismische signaal verontreinigde, evenals het signaal verwijderen van een generator die het DAS-instrument van stroom heeft voorzien.

"We hebben het instrument ondergebracht in een bergtent, die in feite dienst deed als een klein kantoor, Stork legt uit. "Het was een uitdaging om de temperaturen binnen de aanbevolen bedrijfslimieten te houden. De stralingswarmte van de zon waarschuwde de tent te ruim in de 30s [graden Celsius], ook al was het buiten -10 graden Celsius."

De onderzoekers delen hun analyses van ijsbevingsgegevens met klimatologen en andere onderzoekers die de slip van gletsjers en andere ijsbewegingen op Antarctica bestuderen, zei Kendal.

"Hopelijk zullen we in de toekomst meer interactie hebben met wetenschappers die ook ijskernen boren, omdat ze vezels gebruiken als gedistribueerde temperatuursensoren, maar deze vezels die ze in boorgaten zetten, kunnen ook worden gebruikt voor seismische studies zoals de onze, " hij merkte.