Fiberoptiske kabler fanger tordenskælvsbuller

Underjordiske fiberoptiske kabler, som dem, der forbinder verden via telefon og internettjeneste, have et uudnyttet potentiale til at overvåge hårdt vejr, ifølge forskere ved Penn State.

Forskere forvandlede kilometervis af kabler under University Park-campus til tusindvis af virtuelle sensorer, der er i stand til at registrere små seismiske hændelser forårsaget af torden, der ekko ned fra himlen under en storm i april.

"Alvorligt vejr har stærk interaktion med jorden, men vi har ikke haft evnen til at studere koblingen mellem atmosfæren og den faste jord, " sagde Tieyuan Zhu, assisterende professor i geofysik ved Penn State og hovedforfatter på undersøgelsen. "Med denne nye teknologi, vi kan bruge eksisterende fiberoptiske netværk til tydeligt at se, hvordan tordenvejrsenergi passerede gennem campus."

Fundene, offentliggjort i dag (11. december) i Journal of Geophysical Research:Atmosfærer , markerer første gang, at forskere har registreret tordenfremkaldte seismiske hændelser, eller tordenskælv, ved at bruge den slags fiberoptiske netværk begravet under de fleste større byer i USA, sagde forskerne.

"Evnen til at bruge fiberoptiske kabler til at opdage kilden til torden giver endnu en måde at spore tordenvejr og hjælpe med offentlig sikkerhed og nødberedskab, især i byområder, sagde David Stensrud, leder af Institut for Meteorologi og Atmosfærisk Videnskab i Penn State og medforfatter på undersøgelsen. "Hver ny datakilde hjælper med at forbedre vores stormsporingsevne."

Ved at bruge nyere teknologi kaldet en distribueret akustisk sensing (DAS) array, videnskabsmænd fandt ud af, at de kunne spore stormens retning baseret på intensiteten af ​​tordenskælvet, og at deres resultater stemte overens med placeringen af ​​lyn optaget af U.S. National Lightning Detection Network.

DAS-arrayet sender en laser ned i en af ​​de hårtynde glasfibre, der er indeholdt inde i kablerne og kan registrere små ændringer forårsaget af tryk så let som et menneske, der går, sagde forskerne. Arrayet måler hver seks og en halv fod, hvilket betyder, at de flere kilometers kontinuerlige kabel under University Park campus fungerer som et netværk af 2, 000 sensorer.

"Hvis der er nogen ændring i den eksterne energi på jorden ovenover, selv gå skridt, du vil have en meget lille forandring, der vil strække eller komprimere fiberen, " sagde Zhu. "Laseren er meget følsom og kan registrere disse små ændringer."

Under storme, torden skaber akustisk tryk miles over jorden, der rejser ned, rammer jorden og breder sig som bølger i en dam. Mennesker kan ikke høre eller føle disse tordenskælv, men de små bevægelser fanges af de fiberoptiske kabler, sagde forskerne.

Arrayet kan give vigtige nye oplysninger om Jordens indre. Fordi der er så få jordskælv på østkysten, forskere mangler lokale jordskælvsdata, der kan hjælpe med at afbilde jordskorpen og kappen, sagde forskerne.

Metoden har potentiale til at blive brugt bredere til andre naturlige farer som jordskælv, orkaner og oversvømmelser, da der allerede eksisterer fiberoptiske kabelnetværk i byområder i hele landet, ifølge forskerne.

"Denne forskning er et eksempel på at tage en eksisterende teknologi og bruge den til at tjene et andet formål, " sagde Stensrud. "At have teknologier, der er multifunktionelle, maksimerer fordelene for samfundet."