加州理工学院金姆·费森梅尔 学分:加州理工学院 加州理工学院的地震学家与谷歌的光学专家合作，开发了一种利用现有水下通信电缆探测地震的方法
这项技术可以改善世界各地的地震和海啸预警系统
由超过一百万公里长的光纤电缆组成的巨大网络位于地球海洋的底部
在20世纪80年代，电信公司和政府开始铺设这些电缆，每条电缆可以跨越数千公里
今天，全球网络被认为是国际电信的支柱
科学家们长期以来一直在寻找一种利用这些水下电缆来监测地震活动的方法
毕竟，全球70%以上的面积被水覆盖，安装、监控和运行水下地震仪来跟踪地球在海底的运动极其困难和昂贵
研究人员说，理想的情况是利用海底已有的基础设施来监测地震活动
以前使用光纤研究地震活动的努力依赖于复杂科学仪器的增加和/或所谓的“暗光纤”的使用，暗光纤是没有被积极使用的光缆
现为詹(博士
D
13)，加州理工学院地球物理学助理教授和他的同事们想出了一种方法来分析通过“发光”光纤传播的光——换句话说，现有的和运行的海底电缆——以检测地震和海浪，而不需要任何额外的设备
他们在2月26日的《科学》杂志上描述了这种新方法
“这项新技术真的可以把大多数海底电缆转换成几千公里长的地球物理传感器，用来探测未来的地震和海啸，”詹说
“我们相信，这是第一个可以在全球范围内实施的监测海底地震活动的解决方案
它可以补充现有的地面地震仪和海啸监测浮标网络，使探测海底地震和海啸在许多情况下要快得多
" 电缆网络通过使用激光工作，激光通过捆绑在电缆中的玻璃纤维发送信息脉冲，以每秒20万公里的速度向另一端的接收器传输数据
为了最大限度地利用电缆，也就是说，通过电缆传输尽可能多的信息，操作员监控的一件事是光纤中传播的光的偏振
像其他通过偏振滤光器的光一样，激光是偏振的——也就是说，它的电场只在一个方向振荡，而不是任何方向
控制电场的方向可以允许多个信号同时通过同一根光纤
在接收端，设备检查每个信号的极化状态，看它在电缆路径上是如何变化的，以确保信号不会混合
在他们的工作中，研究人员把重点放在居里电缆上，这是一种海底光缆，从洛杉矶到智利的瓦尔帕莱索，沿着太平洋的东边缘延伸超过10，000公里
(虽然詹说这项技术可以用于纵横全球的数百条海底电缆中的许多
) 在陆地上，各种各样的干扰，比如温度的变化，甚至雷击，都会改变通过光缆传播的光的偏振
詹和他的同事们发现，由于深海的温度几乎保持不变，而且扰动很少，居里电缆一端到另一端的极化变化随着时间的推移保持相当稳定
然而，在地震期间以及当风暴产生巨大的海浪时，两极分化会突然而剧烈地改变，这使得研究人员能够很容易地在数据中识别出这样的事件
目前，当地震在离岸数英里的地方发生时，地震波到达陆基地震仪可能需要几分钟，而任何海啸波都需要更长时间才能得到验证
使用这项新技术，海底电缆的整个长度在一个难以监控的位置充当一个单一的传感器
偏振可以每秒测量20次
这意味着，如果地震发生在某个特定区域附近，可能会在几秒钟内向潜在受影响的区域发出警报
在新研究报告的九个月的测试期间(2019年12月至2020年9月)，研究人员在居里电缆沿线检测到大约20次中到大地震，包括7级地震
7 2020年1月28日发生在牙买加的地震
虽然在研究过程中没有检测到海啸，但研究人员能够检测到源于南大洋的海洋膨胀所产生的两极分化的变化
他们认为，在这些事件中观察到的极化变化是由强大的波浪穿过电缆时海底的压力变化引起的
“这意味着我们能够探测到海浪，所以有一天我们能够探测到海啸波是有可能的，”詹说
加州理工学院的詹和他的同事们正在开发一种机器学习算法，这种算法能够确定检测到的极化变化是由地震还是海浪引起的，而不是系统的其他变化，比如船只或螃蟹移动电缆
他们预计，整个探测和通知过程可以实现自动化，除了已经由陆基地震仪全球网络和深海海啸评估和报告系统中的浮标收集的数据之外，还可以提供关键信息。深海海啸评估和报告系统由美国国家海洋和大气管理局的国家数据浮标中心运营
新的科学论文的标题是“基于光学偏振的跨洋电缆上的地震和水波传感”
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