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沿光纖線(圖上發(fā)光的線)傳送的光可用以精確測量細微的振動。
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塞萊斯特·拉貝茲(CelesteLabedz)聽到了一聲巨響,就仿佛是以冰面里傳出的滔滔打雷聲。地震發(fā)生時她已經(jīng)英國阿拉斯加犬的塔庫冰河(TakuGlacier),這兒被降雪遮蓋,四周全是矗立的大山。
本次地震災害是由冰河忽然健身運動引起的。她趕快在筆記本電腦上記錄下來了時間。拉貝茲是加州理工大學的一名碩士研究生,她已經(jīng)鋪裝一套光纜電纜,將來可用以科學研究地震災害——它是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ男路绞?,已經(jīng)刻骨銘心地更改地貌學以及有關行業(yè)。
當信息內容以脈沖激光的方式在光纜電纜中傳送時,絕大多數(shù)光都是很安分守己地順著比發(fā)絲還細的光纖線前行。但是,假如光纖線中存有缺點,一部分光源會在被透射后向燈源方位折返。
當光纜電纜由于地震災害、貨車歷經(jīng)引起振動等要素被拉申或彎折時,透射也會主要表現(xiàn)出不一樣的特點。因而,生物學家能夠 根據(jù)檢驗透射光的強度轉變,量化分析振動的抗壓強度。這類技術性稱之為分布式系統(tǒng)聲波頻率傳感技術(distributedacousticsensing,通稱DAS),在十多年前由石油化工行業(yè)首先產品研發(fā)。
現(xiàn)階段,此項技術性也剛開始運用于科學研究。英國勞倫斯伯克利國家級實驗室(LawrenceBerkeleyNationalLaboratory)的地球上科學家喬納森·阿霍富蘭克林(JonathanAjo-Franklin)表明,“以往兩年,DAS技術性愈來愈時興”。
今年11月,有很多應用過此項技術性的生物學家參加了英國地球物理學會(AmericanGeophysicalUnion)舉行的一場討論會,她們用此項技術性測繪工程冰河,檢驗雷電,科學研究海底。
DAS技術性的第一個優(yōu)點取決于,用此項技術性鋪裝的光纜電纜能長達數(shù)千米,每條光纜電纜都等同于由數(shù)千個感應器構成的互聯(lián)網(wǎng),能紀錄周邊數(shù)米內的數(shù)據(jù)信息。與之相對性,傳統(tǒng)式的地震儀只有以多點的方式紀錄土層挪動(在測繪工程地球內部時,這也是十分繁雜的關鍵難題之一)。例如,1981年,圣海倫火山在強烈噴涌前就不斷地傳出轟隆聲。因為周邊僅有一臺地震儀,生物學家乃至沒法明確那時候的振動是否由慢慢清醒的活火山引起的。
“這就如同大街上的道路路燈,”勞倫斯伯克利國家級實驗室地球上和大行星科學研究方位的碩士研究生納撒尼爾機械紀元·林賽(NathanielLindsey)說,“假如道路路燈總數(shù)不夠,就沒法點亮這座活火山。”
這套技術性的第二個優(yōu)點取決于,它早已遍及全世界。雖然在塔庫冰河這類的地域必須鋪裝新的光纜電纜,可是,大城市、深海等絕大多數(shù)地域都早已鋪平光纜電纜了。一部分光纜電纜現(xiàn)階段還未開啟,一部分更新改造后就可以應用。
這一切必須得益于二十世紀90年代互聯(lián)網(wǎng)技術的迅猛發(fā)展。那時候,電力設備公司鋪裝了很多光纜電纜,在其中還不起作用上的那一部分稱之為暗光纜電纜。因此,生物學家只需在這種光纜電纜的一端連上“了解器”(interrogator,會朝光纜電纜的另一端傳出一束激光器,并檢驗透射后的光照強度轉變),一個新的地震數(shù)據(jù)檢測網(wǎng)絡就構建好啦。
朱鐵源(TieyuanZhu)是英國賓夕法尼亞萊斯大學的地球上科學家,上年他改裝了院校目前的網(wǎng)絡光纖,嘗試測量校園內路面下的很弱振動。在一個雷雨交加的夜里,他意外驚喜地在數(shù)據(jù)信息中發(fā)覺了好幾處起伏。雖然在很早以前以前生物學家就早已了解,當上空傳出轟鳴時,汽體分子結構的振動也會造成土層振動,可是沒有人了解此項新技術應用是不是能檢驗到那樣的“雷震”。
當朱鐵源把自己的檢測結果與NASA的數(shù)據(jù)庫同步后,她們得到 了十分確立的回答,“雷震”的確能夠 被檢測。朱鐵源說:“我覺得,此項技術性有著讓大城市得到 多方位預警信息的極大發(fā)展?jié)摿?。它不但能?檢測地震災害,還能夠檢測滑坡、大海嘯等自然災害,及其天氣變化?!?br>也有生物學家在更偏僻的地區(qū)檢測這套系統(tǒng)軟件。今年十一月,林賽以第一作者的真實身份在《科學》(Science)雜志發(fā)表了一篇畢業(yè)論文。學者將一臺了解機連在了一條20公里長的光纜電纜上。這條光纜電纜聯(lián)接著蒙特雷灣(MontereyBay)外海床邊的科學研究儀器設備,本來是用于傳送儀器設備數(shù)據(jù)信息的。那時候這種設備正處在維護保養(yǎng)情況,因而生物學家正好還有機會應用這種光纜電纜檢驗沿路的振動。
她們僅用了四天就繪圖出了好幾處水中斷裂帶,還檢驗來到由大海引起的海面振動。對海面開展更詳盡的測繪工程,有利于生物學家盡快預測地震和海底火山——這種狀況都是有將會引起致命性的大海嘯。
在塔庫冰河,拉貝茲同事用一條光纜電纜更新改造出了3000個地震災害感應器。初期結果顯示,這套系統(tǒng)軟件持續(xù)運作5鐘頭,檢驗來到100次冰震,在其中大部分很可能是融水脹破冰河中的縫隙導致的。
詹漢語(ZhongwenZhan)是拉貝茲的老師,也是加州理工大學的地震學家。他期待,有朝一日能在格陵蘭島或南極洲鋪裝永久性光纜電纜,協(xié)助科學研究工作人員搜集基本信息,盡快了解氣候問題引起的冰山融化對冰川融化導致的危害。
值得一提的是,詹漢語還想運用近1000公里的暗光纜電纜,在加利福利亞州構建等同于幾百萬個感應器的檢測互聯(lián)網(wǎng)。在帕薩迪納市(Pasadena),他早已將37公里的暗光纜電纜更新改造變成永久的地震監(jiān)測互聯(lián)網(wǎng)。自此,他還準備在加利福利亞州的別的大城市進行一樣的工作中。
這套互聯(lián)網(wǎng)搜集的數(shù)據(jù)信息能夠 體現(xiàn)大城市基礎設施建設的堅固水平,而且在地震災害剛開始時馬上向群眾傳出報警?,F(xiàn)階段,生物學家還沒法預測地震,可是,可以更深層次了解這些將會會引起大地震的前兆地震災害,也是十分有使用價值的。
約翰遜·梅勒斯(RobertMellors,未參加此項科學研究)是英國奧利弗利弗莫爾國家級實驗室的地震學家,他表明:“一切有利于精確了解地震災害起動和產生的數(shù)據(jù)信息,都是有將會改變地震預測的現(xiàn)況?!?br>特別注意的是,這類方式 會搜集到大量的數(shù)據(jù)信息。一條光纜電纜一天就能造成10TB的數(shù)據(jù)信息,換句話說,只需100天便會提升到1PB。殊不知,承擔搜集全球全部地震數(shù)據(jù)的國際性地震災害數(shù)據(jù)庫查詢,容積也不上1PB。
在生物學家把光纜電纜鋪裝到更漫長的地域前,她們也許得先尋個適合的解決方法,為此儲存和共享那么巨大的信息量。