Los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab han demostrado por primera vez que la fibra oscura, la vasta red de cables de fibra óptica no utilizados instalados en todo el país y el mundo, puede usarse como sensorespara detectar terremotos, la presencia de agua subterránea, cambios en las condiciones de permafrost y una variedad de otras actividades bajo la superficie.
En un par de artículos publicados recientemente, un equipo dirigido por el investigador del Laboratorio Berkeley Jonathan Ajo-Franklin anunció que habían combinado con éxito una tecnología llamada "detección acústica distribuida", que mide las ondas sísmicas utilizando cables de fibra óptica, con nuevas técnicas de procesamiento parapermita un monitoreo sísmico confiable, logrando resultados comparables a los que pueden medir los sismómetros convencionales.
"Esto tiene un gran potencial porque puedes imaginar largos tramos de fibras que se convierten en una red sísmica masiva", dijo Shan Dou, un becario postdoctoral de Berkeley Lab. "La idea es que al usar fibra que se pueda enterrar bajo tierra por undurante mucho tiempo, podemos transformar el ruido del tráfico u otras vibraciones ambientales en señales sísmicas utilizables que pueden ayudarnos a controlar los cambios cercanos a la superficie, como el deshielo del permafrost y las fluctuaciones del nivel del agua subterránea ".
Dou es el autor principal de "Detección acústica distribuida para monitoreo sísmico de la superficie cercana: un estudio de caso de interferometría de ruido de tráfico", que se publicó en septiembre en Nature's Informes científicos y verificó la técnica para monitorear la superficie cercana de la Tierra. Más recientemente, el grupo de Ajo-Franklin publicó un estudio de seguimiento dirigido por Nate Lindsey, estudiante graduado de UC Berkeley, "Observaciones de la red de fibra óptica de los campos de ondas del terremoto", en Cartas de investigación geofísica GRL , que demuestra la viabilidad del uso de cables de fibra óptica para la detección de terremotos.
¿Qué es la fibra oscura?
La fibra oscura se refiere al cable de fibra óptica no utilizado, del cual existe un exceso gracias a la gran prisa por instalar el cable a principios de la década de 1990 por parte de las compañías de telecomunicaciones. Así como los cables fueron enterrados bajo tierra, la tecnología para transmitir datos mejoró significativamentede modo que se necesitaban menos cables. Ahora hay densos corredores de fibra oscura que atraviesan todo el país.
La detección acústica distribuida DAS es una tecnología novedosa que mide campos de ondas sísmicas disparando pulsos láser cortos a lo largo de la fibra. "La idea básica es que la luz láser se dispersa por pequeñas impurezas en la fibra", dijo Ajo-Franklin: "Cuando la fibra se deforma, veremos distorsiones en la luz dispersa hacia atrás y, a partir de estas distorsiones, podemos medir cómo se exprime o tira la fibra".
Utilizando una matriz de prueba que instalaron en Richmond, California, con un cable de fibra óptica colocado en una zanja poco profunda en forma de L, una pata de unos 100 metros paralela a la carretera y otra perpendicular, los investigadores verificaron que podían usarondas sísmicas generadas por el tráfico urbano, como automóviles y trenes, para obtener imágenes y monitorear las propiedades mecánicas de las capas de suelo poco profundas.
Las mediciones brindan información sobre cuán "blando" es el suelo en cualquier punto dado, lo que permite inferir una gran cantidad de información sobre las propiedades del suelo, como su contenido de agua o textura ". Imagina un resbaladizo: puedecomprimir o menear ", dijo Ajo-Franklin." Esas corresponden a diferentes formas en que puede exprimir el suelo y cuánta energía se necesita para reducir su volumen o cortarlo ".
Agregó: "Lo bueno de esto es que estás haciendo mediciones a través de cada pequeña unidad de fibra. Todos los reflejos vuelven a ti. Al conocerlos a todos y saber cuánto tiempo tarda una luz láser en viajarde ida y vuelta en la fibra, puede retroceder lo que sucede en cada ubicación. Por lo tanto, es una medición verdaderamente distribuida "
Después de haber probado el concepto en condiciones controladas, el equipo dijo que espera que la técnica funcione en una variedad de redes de telecomunicaciones existentes, y actualmente está realizando experimentos de seguimiento en California para demostrarlo. La investigación en curso en Alaska también está explorandomisma técnica para monitorear la estabilidad del permafrost ártico.
Agregado Dou: "Podemos monitorear la superficie cercana muy bien usando nada más que ruido de tráfico. Podría haber fluctuaciones en los niveles de agua subterránea o cambios que podrían proporcionar advertencias tempranas para una variedad de riesgos geográficos como el deshielo del permafrost, la formación de sumideros yderrumbes."
Usando fibra para la detección de terremotos
Sobre la base de cinco años de investigación dirigida por Berkeley Lab que explora el uso de DAS para el monitoreo del subsuelo utilizando fuentes sísmicas que no son terremotos, el grupo de Ajo-Franklin ahora ha superado el límite y ha demostrado que DAS es una herramienta poderosa para el monitoreo de terremotos también.
En el estudio GRL dirigido por Lindsey en colaboración con la estudiante graduada de Stanford Eileen Martin, el equipo de investigación tomó medidas utilizando la técnica DAS en conjuntos de fibra óptica en tres ubicaciones: dos en California y una en Alaska. En todos los casos, DASdemostró ser comparablemente sensible a los terremotos como los sismómetros convencionales, a pesar de sus niveles de ruido más altos. Utilizando los arreglos DAS, ensamblaron un catálogo de terremotos locales, regionales y distantes y demostraron que las técnicas de procesamiento podrían aprovechar los muchos canales de DAS para ayudar a comprenderde donde se originan los terremotos.
Ajo-Franklin dijo que la fibra oscura tiene la ventaja de ser casi omnipresente, mientras que los sismómetros tradicionales, debido a que son caros, están escasamente instalados y las instalaciones submarinas son particularmente escasas. Además, la fibra permite un muestreo espacial denso, lo que significa que los puntos de datos sonsolo a metros de distancia, mientras que los sismómetros generalmente están separados por muchos kilómetros.
Lindsey agregó: "La fibra tiene muchas implicaciones para la detección de terremotos, la ubicación y la alerta temprana. La fibra sale al océano y está por toda la tierra, por lo que esta tecnología aumenta la probabilidad de que un sensor esté cerca de la ruptura cuandoocurre un terremoto, que se traduce en la búsqueda de pequeños eventos, ubicaciones mejoradas de terremotos y tiempo extra para la alerta temprana ".
El documento de GRL señala otras aplicaciones potenciales del uso de la fibra oscura, incluido el análisis de riesgo sísmico urbano, imágenes sísmicas globales, detección de volcanes submarinos en alta mar, monitoreo de explosiones nucleares y caracterización de micro terremotos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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