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Ein Durchbruch in der Glasfasertechnik verwandelte ein Unterseekabel in 12 Seismographen

Es sind keine Änderungen an der Unterwasserinfrastruktur erforderlich.

Eine Karte, die das Netzwerk von Unterwasser-Glasfaserkabeln zeigt. IDN

Es gibt ein 3600 Meilen langes 5860 km Kabel, das sich von Ostkanada bis zur Westküste des Vereinigten Königreichs erstreckt. Das Unterwasserkabel ist Teil des Internets. riesige versteckte Infrastruktur das Daten in viel kürzerer Zeit über Ozeane transportiert, als zum Blinken benötigt wird. Aber dieses spezielle Kabel macht etwas anderes.

nach a Papier veröffentlicht am Donnerstag im Peer-Review-JournalWissenschaft, das Kabel kann als hochmodernes Array von mehr als 100 Sensoren dienen, die seismische Aktivitäten erkennen. Bei Tests im vergangenen November registrierte das Kabel ein Erdbeben der Stärke 7,5, das den Norden Perus Tausende von Kilometern entfernt erschütterte.

„Die von uns vorgestellte Technik hat das Potenzial, unsere Möglichkeiten zur Erdüberwachung zu verändern“, so die Autoren. Sie sagen, dass „der Meeresboden mit Tausenden von [solchen] Sensoren instrumentiert werden könnte, ohne die bestehende Unterwasser-Telekommunikationsinfrastruktur zu modifizieren“.

Diese Ergebnisse bringen eine im Entstehen begriffene Technik voran

Die erstes Kabel ermöglicht schnelle Kommunikation zwischen Nordamerika und Europa – per Telegraf – wurde vor dem Bürgerkrieg gelegt. In den 1990er Jahren begannen Regierungen und Unternehmen Verlegung von Unterwasser-Glasfaserkabeln die Licht verwenden, um riesige Mengen an Internetdaten zu übertragen. Ungefähr drei Jahrzehnte nach der Installation der ersten Glasfaserkabel 750.000 Meilen 1,2 Millionen km von Kabeln kreuz und quer durch die Meere und Ozeane der Erde.

Vor fünf Jahren, eine Gruppe von Forschernkam auf die Idee um dieses Netzwerk zu verwenden, um subtile Veränderungen auf dem Meeresboden zu überwachen, einschließlich der verräterischen Anzeichen von Erdbeben und Tsunamis. Frühe Versionen der Technologie entlehnten Techniken, die Ingenieure in der Öl- und Gasindustrie verwenden, um Lagerstätten fossiler Brennstoffe zu untersuchen. Sie maßen die RückstreuungSignale, die von Molekülen in den Kabeln abprallten. Diese Signale enthielten wertvolle Informationen über den physikalischen Zustand des Kabels, einschließlich der seismischen Aktivität, die im Boden auftrat, wo es verlegt wurde. Andere Forscher fanden heraus, wie man ähnliche Berechnungen durch Messung der Polarisation von durchführen kannLichtwellen, wenn sie sich entlang des Kabels ausbreiten.

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Diese Methoden haben einen großen Nachteil gemeinsam: Das gesamte Kabel fungiert als ein einziger Sensor. Das macht es nicht unmöglich, nützliche Daten zu sammeln, führt aber zu einigen Problemen. Zum einen besteht ein enormes Potenzial für so lautes RauschenDas Auffinden des Signals – zum Beispiel die Erschütterungen eines Erdbebens – kann extrem schwierig sein und begrenzt auch die Datenmenge, die zu einem bestimmten Zeitpunkt gesammelt werden kann: Egal wie lang das Kabel ist, es kann immer nur einen Datenpunkt erzeugenJeder, der nützliche Informationen aus einem solchen System extrapolieren möchte, müsste Daten von mehreren Kabeln triangulieren, um herauszufinden, woher eine seismische Störung kam.

Die neue Methode löst diese Probleme.

Die Methode nutzt zwei Schlüsselaspekte des Kabeldesigns

Untersee-Glasfaserkabel sind keine einfachen Einbahnstraßen für Photonen. Moderne Kabel sind mit Geräten ausgestattet, die Repeater genannt werden, die das eingehende Signal erkennen und es dann für den nächsten Abschnitt seiner Reise verstärken. Repeater befinden sich alle 28 bis 56Meilen 45 bis 90 km entlang der Länge eines Kabels, wodurch die lange Distanz in Dutzende von kürzeren „Spannweiten“ unterteilt wird.

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Anstatt das gesamte Kabel als einen Sensor zu verwenden, verwendet die in dem neuen Artikel beschriebene Technik jede Spanne als eigenen Sensor. Dieser Ansatz reduziert die Menge an Rauschen pro Sensor und erhöht gleichzeitig die Gesamtzahl der Sensoren dramatisch. Und anstatt sich darauf zu verlassenRückstreuung oder Polarisation, um die subtilen physikalischen Veränderungen im Kabel zu erfassen, nutzt die in der Zeitung vom Donnerstag beschriebene Methode spezielle Fasern, die die Repeater verbinden.

„Diese Rückwege werden vom Kabelbetreiber verwendet, um den Zustand der optischen Verstärker regelmäßig zu überprüfen“, erklären die Forscher. „Diese Überprüfungen werden normalerweise nach einem Zeitplan oder bei einer Fehlfunktion durchgeführt, sodass diese Kanäle die meiste Zeit ungenutzt bleibenZeit", sagen sie. Den Forschern gelang es, Erdbeben zu erkennen, indem sie sorgfältig maßen, wie sich das Licht veränderte, als es sich entlang dieser Bahnen bewegte.

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Unterseekabel könnten Erdbeben überwachen und den Klimawandel beleuchten

Die Forscher testeten die neue Technik mit nur 12 Abschnitten des transatlantischen Kabels, das Kanada und das Vereinigte Königreich verbindet. Selbst mit dieser begrenzten Reichweite gelang es ihnen, zwei Erdbeben und Signale des Hurrikans Larry zu erkennen. Mit etwas Glück ist dieses Pilotprojekt erst der Anfang.

„Durch die Umwandlung von Unterseekabeln in Arrays von Umweltsensoren könnte ein großes Netzwerk von Hunderten oder Tausenden von permanenten und Echtzeit-Meeresbodensensoren implementiert werden, ohne die bestehende Unterwasserinfrastruktur zu verändern“, schreiben sie. Ein Array dieser Größe könnte ausreichenEs ist möglich, Erdbeben und Tsunamis mit besserer Genauigkeit und Auflösung als mit aktuellen Methoden zu erkennen.

Das Array könnte auch wissenschaftliche Forschung ermöglichen, die mit der heutigen Technologie viel zu teuer ist. „Die Fähigkeit, seismische Phasen mitten in Ozeanbecken aufzuzeichnen, könnte die Abbildung von zuvor verdeckten Strukturen wie mittelozeanischen Rücken und ozeanischen Verwerfungszonen ermöglichen.“Sie schreiben.

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Die Technik könnte auch zu genaueren Klimamodellen beitragen. „Die Kabelempfindlichkeit gegenüber Wasserströmungen könnte untersucht werden, um unser Verständnis von Tiefseeströmungen zu verbessern … einschließlich der vorgeschlagenen Verlangsamung von Meeresströmungen aufgrund steigender globaler Temperaturen“, schreiben sie.

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