كيف تقدم كابلات الاتصالات السلكية واللاسلكية ذات الألياف الضوئية عرضًا عن قرب لصدع جبال الألب في نيوزيلندا

تتعرض Aotearoa New Zealand للزلازل المتكررة ، بما في ذلك الزلازل المدمرة مثل تلك التي ضربت كرايستشيرش في عامي 2010 و 2011 ، وقرب كايكورا في عام 2018.

في الجزيرة الجنوبية ، كان أكبر خطر زلزالي هو صدع جبال الألب الذي يبلغ طوله 600 كيلومتر ، والذي يمتد على طول جبال الألب الجنوبية ويحدد الحدود بين الصفائح التكتونية الأسترالية والمحيط الهادئ.

كشفت الأبحاث الجيولوجية المضنية أنها تنتج زلازل كبيرة جدًا (بقوة 7-8) كل 300 عام تقريبًا – وكان آخرها في عام 1717. ويقدر العلماء أن هناك فرصة بنسبة 75 ٪ لحدوث زلزال كبير في جبال الألب في الخمسين عامًا القادمة. تبلغ احتمالات أن يكون هذا الزلزال أكبر من 8 درجات 82٪.

على الرغم من الجودة التي لا مثيل لها للسجل الزلزالي القديم لزلازل الانهيار الألبي الماضية ، فإن الزلزال الكبير القادم سيأتي دون سابق إنذار.

اقرأ المزيد: لا أحد يستطيع التنبؤ بالزلازل ، لكن يمكننا التنبؤ بها. إليك الطريقة

تحسبًا لهذا الحدث ، يعمل علماء الجيولوجيا بجد لفهم كيفية تحميل صدع جبال الألب قبل التمزق وكيف يمكن أن تؤثر خصائص الخطأ على انتشار التمزق واهتزاز الأرض الناتج.

يتمثل أحد مكونات هذا العمل في تحديد الهندسة والهيكل الداخلي لصدع جبال الألب بمقاييس أدق بكثير مما يمكن دراسته باستخدام مقاييس الزلازل التقليدية التي تفصل بينها عشرات الكيلومترات.

اقرأ المزيد: يكشف صدع جبال الألب في نيوزيلندا عن الحرارة الشديدة تحت الأرض وضغط السوائل

تجربة Haast DAS

تستخدم تجربة جديدة في هاست ، وهو مجتمع صغير بعيد بالقرب من الساحل في جنوب ويستلاند ، تقنية تسمى الاستشعار الصوتي الموزع (DAS). DAS هي تقنية استشعار ناشئة بسرعة تقوم بتحويل كابلات الألياف الضوئية للاتصالات السلكية واللاسلكية إلى آلاف أجهزة استشعار الحركة الأرضية ذات المسافات الكثيفة.

تجربة Haast DAS هي عبارة عن تعاون عبر تاسمان بين الجيوفيزيائيين من الجامعة الوطنية الأسترالية وجامعة فيكتوريا في ويلينجتون Te Herenga Waka. إنه الأول من نوعه عبر صدع رئيسي نشط في حدود الصفيحة ، مما يوفر فرصة غير مسبوقة لدراسة الهيكل الداخلي لصدع جبال الألب قبل وقوع زلزال كبير متوقع.

اقرأ المزيد: من المحتمل أن يأتي زلزال نيوزيلندا الكبير القادم في منطقة جبال الألب في وقت أقرب مما كنا نعتقد ، وفقًا للدراسة

بين أواخر فبراير وأوائل مايو من هذا العام ، أجرينا قياسات الزلازل عبر صدع جبال الألب باستخدام نظام ليزر يتحكم فيه الكمبيوتر يُعرف باسم المحقق المرتبط بألياف غير مستخدمة (“داكنة”) داخل كبل اتصالات سلكية ولاسلكية تم تركيبه بواسطة Chorus لتوفير اتصال عريض النطاق عبر الجزيرة الجنوبية. كابل الاتصالات يعبر صدع جبال الألب شرق هاست.

علم الزلازل باستخدام الألياف الضوئية

تتناثر نبضات الضوء المنبعثة من المحقق أثناء انتقالها على طول الألياف وتتفاعل مع عيوب المقياس الذري في الزجاج. ينتقل بعض هذا الضوء المبعثر للخلف على طول الألياف إلى المحقق.

تعمل اهتزازات الألياف الناتجة عن مرور الموجات الزلزالية على تعديل هذا التشتت ويمكن اكتشافها عن طريق تسجيل نبضات الضوء المتناثرة.

يقوم المحقق الذي كنا نستخدمه بإجراء ألف قياس في الثانية في كل موقع من 7250 موقعًا ، متباعدة أربعة أمتار على طول طريق Haast Pass السريع. ينتج عن ذلك حجم مذهل من البيانات: حوالي 1 جيجابايت من البيانات الجديدة كل دقيقة ، أو 1 تيرابايت من البيانات كل يوم.

تشمل الاهتزازات المسجلة في هاست إشارات ناتجة عن الزلازل القريبة (معظمها أصغر من أن يدركها البشر) وزلازل أخرى أكبر تحدث في جميع أنحاء نيوزيلندا وخارجها. في منتصف شهر مايو ، على سبيل المثال ، سجلنا العديد من الزلازل الكبيرة بالقرب من كاليدونيا الجديدة ، وأكبرها أدى إلى تحذير من حدوث تسونامي في المحيط الهادئ.

توفر كثافة قياسات DAS عبر صدع جبال الألب طريقة جديدة تمامًا لدراسة الهيكل الداخلي للخطأ. تتفاعل الموجات الزلزالية التي تصل إلى Haast من اتجاهات مختلفة وتهتز الألياف مع صدع جبال الألب بطرق تؤثر على الموجات نفسها.

يُظهر تسجيل DAS أدناه زلزالين صغيرين (قوتهما 2 و 3) ، يقعان جنوب هاست على بعد حوالي 30 ثانية.

توفر البيانات الضخمة معلومات مفصلة

من خلال زيادة العدد الفعال لأجهزة الاستشعار بشكل كبير ، توفر DAS عدسة جديدة يمكن من خلالها دراسة العمليات المتنوعة مثل بنية الأنهار الجليدية ، وتوسع وتقلص البراكين استجابةً لتحركات الصهارة ، وتفاعل أمواج المحيط مع قاع البحر العميق و آثار استخراج المياه الجوفية على هبوط الأرض.

اقرأ المزيد: كيف يمكن أن تساعد الكابلات في الأنهار الجليدية في التنبؤ بارتفاع مستوى سطح البحر في المستقبل

التحدي الجديد للمجتمع الجيوفيزيائي هو تعلم أفضل السبل لتخزين ومشاركة ومعالجة وتحليل كميات كبيرة من بيانات DAS. يتم تطوير تقنيات الحوسبة عالية الأداء والذكاء الاصطناعي (AI) وتكييفها مع هذه البيانات لتمكين الباحثين من التعرف على الإشارات ذات الأصول المختلفة وتمييزها.

في هاست ، على سبيل المثال ، تتخلل سجلات الزلازل ذات الأهمية الأكبر لعلماء الزلازل الضوضاء الناتجة عن حركة المرور على الطرق السريعة. تعد القدرة على فصل هذين النوعين من المعلومات مهمة مناسبة تمامًا للذكاء الاصطناعي. في المستقبل ، من المحتمل أن يساعد الذكاء الاصطناعي في تفكيك بيانات DAS للكشف عن الإشارات غير المعترف بها التي تنتجها العمليات الجوية والجوفية.

تحمل DAS وعدًا كبيرًا بالحصول على قياسات في الوقت الفعلي وعالية الدقة للعمليات باستخدام البنية التحتية للاتصالات السلكية واللاسلكية الحالية والتطورات السريعة في الذكاء الاصطناعي ومعالجة الإشارات.

في Haast ، يقدم رؤى جديدة أساسية حول صدع جبال الألب قبل الزلزال الكبير التالي ، ويوجه التحليل العلمي الذي يدعم استعداد المجتمع وقدرته على الصمود.