海洋深处是复杂的海洋生物生态系统的家园,也是横跨全球的有助于通信的庞大电缆网络。地震和海啸可能会损坏这些重要的电缆。地球表面 70% 以上是水,这给监测这种地震活动的科学家带来了挑战。 然而,电缆本身提供了一种使用激光监测地震活动的潜在新技术。Geo-Ocean 的研究人员及其合作者最近在《地球与行星科学快报》上报道的一项研究使用了称为布里渊光时域反射计 (BOTDR) 的激光技术近乎实时地监测这些电缆的结构健康状况。通常,此技术已用于监控大型工程项目,例如水坝和桥梁。在海底环境中应用这项技术意味着可以迅速识别出极易损坏的电缆进行维修。
科学家们使用遥控车辆部署了一条 6 公里长的电缆,以测量海面以下 2,100 米处的应变。它被连接到一条 29 公里长的巨大光缆上,以测量西西里岛卡塔尼亚近海的地震活动。这涉及通过光缆的一端发射激光(在两个小时内包含数十万个脉冲)并检测光线从缺陷处散射的点,突出显示电缆以某种方式变形的区域。 从 2020 年 10 月开始,在 21 个月的时间里,他们发现电缆的长度平均增加了 2.5 厘米,这是由于电缆穿过海底北阿尔菲奥断层的张力引起的变形。该地区容易出现走滑断层(两个构造板块相互滑过),尽管研究剖面在西西里岛东北部的爱奥尼亚海下方经历了一个狭窄板块的俯冲,并导致两个方向的应变达到 500 m穿越断层的点。 进一步的测试沿电缆以 120 米的间隔部署了 79 个沙袋,每个沙袋重 25 公斤,随着电缆沉入下面的软沉积物并被拉伸至 4 厘米,导致延伸。重要的是,这种拉伸不仅限于沙袋掉落的区域,而且实际上影响了间隔长度的两倍。这是一个重要的发现,因为通信电缆埋在重负载下,例如由移动块或断层移动期间的沉积物塌陷、强大的底部水流或浑浊流(水-沉积物混合物以高达每秒 20 米),可能会对通信电缆承受这种张力和保持其完整性的能力产生重大影响。 尽管如此,还是有好消息,因为电缆的弹性特性意味着一些应变会随着时间的推移而消散;因此,电缆有一定的潜力来“纠正”损坏,因此不太可能完全断裂。 研究中的意大利地区过去曾经历过毁灭性地震,例如 1693 年的地震仅在卡塔尼亚就导致 12,000 人死亡,或者最近的 1908 年地震导致多达 82,000 人在被称为卡拉布里亚弧,卡塔尼亚是其中的一部分。激光技术的新颖用途可能意味着可以在地震发生之前识别地震活动,并留出时间来规划可以减轻对生命、基础设施和我们通信的损害的战略。 |