Cada fibra de vidrio delgada en un cable de fibra óptica enterrado contiene pequeñas fallas internas, y eso es algo bueno para los científicos que buscan nuevas formas de recopilar datos sísmicos en lugares desde un centro urbano ocupado hasta un glaciar remoto.
adentro Cartas de investigación sismológica , el sismólogo del Instituto Tecnológico de California, Zhongwen Zhan, describe el creciente interés en este método, llamado Detección acústica distribuida, y sus posibles aplicaciones. Su artículo es parte de la serie Emerging Topics de la revista, en la que los editores de SRL invitan a los autores a explorardesarrollos que están dando forma a diversas áreas de la sismología y la ciencia de terremotos.
DAS funciona utilizando los pequeños defectos internos de una fibra óptica larga como miles de sensores sísmicos a lo largo de decenas de kilómetros de cable de fibra óptica. Un instrumento en un extremo envía pulsos láser a un cable y recoge y mide el "eco" de cada unopulso, ya que se refleja en los defectos internos de la fibra.
Cuando la fibra se ve alterada por los cambios de temperatura, tensión o vibraciones, causados por las ondas sísmicas, por ejemplo, hay cambios en el tamaño, la frecuencia y la fase de la luz láser dispersada de regreso al instrumento DAS. Los sismólogos pueden usar estoscambios para determinar los tipos de ondas sísmicas que podrían haber empujado la fibra, aunque solo sea por unas pocas decenas de nanómetros.
La sensibilidad de los instrumentos DAS ha mejorado notablemente en los últimos cinco años, abriendo nuevas posibilidades para su despliegue, dijo Zhan. "La sensibilidad está mejorando cada vez más, hasta el punto de que hace unos años si se comparan las formas de onda deuna sección de fibra con un geófono, se parecen mucho entre sí "
Su rendimiento los hace adecuados para su uso en una variedad de entornos, especialmente en lugares donde sería demasiado costoso establecer una red sísmica más sensible o densa. Los investigadores también pueden aprovechar las grandes cantidades de fibra no utilizada u "oscura"eso ha sido establecido previamente por compañías de telecomunicaciones y otras. Unos hilos de un cable más grande, dijo Zhan, servirían a los propósitos de un sismólogo.
Zhan dijo que la industria del petróleo y el gas ha sido uno de los principales impulsores del nuevo método, ya que utilizaron cables en pozos para monitorear los cambios de fluidos en los campos de petróleo de aguas profundas y durante la fracturación hidráulica y la inyección de aguas residuales.
Los investigadores del DAS piensan que el método es especialmente prometedor para el monitoreo sísmico en ambientes hostiles, como la Antártida o la luna. Con una red regular de sismómetros, los científicos "necesitan proteger y alimentar cada nodo" de instrumentos en la red, explicó Zhan"En el caso de DAS, colocas una larga hebra de fibra, que es bastante resistente, y todos tus instrumentos sensibles están solo en un extremo de la fibra".
"Se puede imaginar que en la luna o en algún otro planeta, con un escenario de alta radiación o alta temperatura, la electrónica podría no sobrevivir tanto tiempo en ese entorno", agregó. "Pero la fibra puede".
Los científicos ya están usando DAS para sondear los ciclos de descongelación y congelación en el permafrost y en los glaciares, para caracterizar mejor su movimiento dinámico de los flujos de hielo y el deslizamiento sobre el lecho de roca, lo que podría ayudar a los investigadores a aprender más sobre cómo el derretimiento de los glaciares impulsado por el cambio climático contribuye al maraumento de nivel.
En este momento, el rango de la mayoría de los sistemas DAS es de 10 a 20 kilómetros. Los investigadores esperan extender esto en un futuro cercano a 100 kilómetros, dijo Zhan, lo que podría ser útil para la cobertura sísmica en entornos de fondos oceánicos, incluidas las zonas de subducción mar adentro.
DAS también es adecuado para una respuesta rápida después de los terremotos, especialmente en áreas donde la fibra oscura es numerosa y los sismólogos han hecho arreglos para usar la fibra de antemano. Después de los terremotos de Ridgecrest de 2019 en el sur de California, por ejemplo, Zhan y sus colegas se mudaronrápidamente para monitorear la secuencia de réplica en el área usando DAS. "Convertimos unos 50 kilómetros de cable en más de 6,000 sensores en tres días", dijo.
Zhan dijo que si los sismólogos han hecho su trabajo preliminar para identificar y solicitar acceso a las fibras antes de tiempo, se puede implementar un sistema DAS dentro de unas pocas horas después de un terremoto.
Un desafío en el uso de la fibra es saber exactamente cómo se encuentra en el suelo. Con el método DAS, los investigadores saben a qué distancia de una fibra se encuentra un sensor en particular, pero si el cable de fibra óptica está enrollado, doblado o hundido, los cálculos podríanPara remediar esto, los sismólogos a veces hacen una "prueba de golpecito", que mapea golpes de martillo a lo largo del suelo sobre el cable con GPS, ya que los golpes reverberan en la fibra para crear una especie de imagen sonar de sus giros y vueltas.
Los sensores DAS también contienen más "ruido propio", señales sísmicas de fondo que podrían interferir con la identificación de un terremoto, que los sensores sísmicos tradicionales, "pero, francamente, no sabemos exactamente por qué", dijo Zhan.podría provenir de los pulsos láser de interrogación, que podrían no ser estables, o del propio cable. Algunos cables se sueltan en sus túneles, y otros tienen múltiples conectores de fibra, lo que puede producir reflexión y pérdida de la señal de luz.
"Mientras todavía estaba en su infancia, DAS ya se ha mostrado como el corazón activo, o tal vez los tímpanos, de una nueva y valiosa herramienta de escucha sísmica", concluyó Zhan.
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Materiales proporcionado por Sociedad Sismológica de América . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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