La fibra óptica ayuda a los científicos a tomar el pulso a nuestro planeta

Usando métodos de última generación para medir la frecuencia de las ondas de luz que rebotan a lo largo de un cable de fibra óptica, Marra y sus colegas investigaron el ruido y descubrieron que, al igual que DAS, su tecnología detectaba eventos como terremotos a través de cambios en las frecuencias de la luz.

En lugar de pulsos, utilizan un haz de luz láser continuo. Y a diferencia del DAS, la luz láser viaja de ida y vuelta en un bucle; luego, los investigadores comparan la luz que regresa con la luz que enviaron. Cuando no hay interferencia en el cable, las dos señales son iguales. Pero si el calor o la vibración ambiental perturban el cable, la frecuencia de la luz cambiará.

Debido a su fuente de luz de grado de investigación y a la medición inicial de una gran cantidad de radiación, este enfoque funciona a distancias más largas que el DAS. En 2018, el equipo de Marra demostró que pueden detectar terremotos con cables de fibra óptica submarinos y subterráneos. hasta 535 kilómetros de largosupera ampliamente el límite de DAS de unos 100 kilómetros.

Esto proporciona una forma de monitorear sistemas terrestres y de aguas profundas que generalmente son de difícil acceso y rara vez se monitorean con sensores tradicionales. Un cable tendido cerca del epicentro de un terremoto en alta mar podría mejorar las mediciones de los terremotos y dar a las personas unos minutos más de tiempo para prepararse para un tsunami y tomar decisiones, dice Marra. Y la capacidad de detectar cambios en la presión del lecho marino también podría abrir la puerta a la detección directa de tsunamis.

En Grímsvötn, el equipo de investigación se prepara para instalar un cable en el campo de hielo flotante de la caldera volcánica. Los datos del cable han revelado que el campo de hielo actúa como un altavoz que amplifica el terremoto desde abajo. Crédito: Andreas Fichtner

A fines de 2021, el equipo de Marra logró detectar la sismicidad en el Atlántico con un cable óptico de 5860 kilómetros que se extiende por el lecho marino entre Halifax, Canadá, y Southport, Inglaterra. Y lo hicieron con una resolución mucho mayor que antes, porque mientras que las mediciones anteriores se basaron en señales acumuladas a lo largo de todo el cable submarino, este trabajo diseccionó cambios en la luz a distancias de unos 90 kilómetros entre repetidores amplificadores de señal.

Variaciones de la intensidad de la señal del cable transatlántico parecen ser corrientes de marea. “Estos son básicamente cables que se tocan como una cuerda de guitarra a medida que las corrientes suben y bajan”, dice Marra. Aunque es fácil monitorear las corrientes en la superficie, las observaciones del lecho marino pueden mejorar la comprensión de la circulación de los océanos y su papel en el clima global, agrega.

Hasta ahora, el equipo de Marra ha utilizado este método solo. Están trabajando para facilitar la implementación y proporcionar fuentes de luz más accesibles.

Los investigadores continúan impulsando las tecnologías de detección basadas en fibras ópticas hacia nuevas fronteras. A principios de este año, Fichtner y un colega viajaron a Groenlandia, donde Proyecto de núcleo de hielo del este de Groenlandia taladre un agujero profundo en la capa de hielo para quitar el núcleo de hielo. Luego, el equipo de Fichtner bajó el cable de fibra óptica a mano durante 1.500 metros y observó una cascada de terremotos provocados por el roce de rocas y capas de hielo.

Los terremotos de hielo pueden cambiar las capas de hielo y promover su flujo hacia el mar. Pero los científicos no han tenido una forma de estudiar cómo suceden antes: son invisibles en la superficie. Quizás la fibra óptica finalmente saque a la luz sus procesos ocultos.

Este artículo apareció originalmente en Una revista sabia, una empresa periodística independiente de Annual Reviews. inscribirse Boletin informativo.