طبق تحقیقات جدید، کابل‌های فیبر نوری که کف اقیانوس را می‌پوشانند، می‌توانند جایگزین ارزان‌تر و جامع‌تری برای شناورهای فعلی باشند که به عنوان سیستم‌های هشدار اولیه برای سونامی عمل می‌کنند.
سیستمی به نام DART یا ارزیابی و گزارش سونامی در اعماق اقیانوس، از شناورهای تخصصی تشکیل شده است که سونامی را زیر نظر دارند. این شناورها که توسط اداره ملی اقیانوسی و جوی نظارت می شود، حدود 500000 دلار هزینه برای نصب و 300000 دلار دیگر در سال برای نگهداری هزینه دارد. سی و دو شناور تشخیص در اطراف اقیانوس آرام، میلیون‌ها دلار در سال هزینه تعمیر و نگهداری می‌کنند – تعمیر و نگهداری پرهزینه اما حیاتی.
اکنون، زک اسپیکا، زلزله‌شناس از دانشگاه میشیگان و همکارانش در موسسه Caltech از تکنیکی به نام سنجش صوتی توزیع شده یا DAS استفاده کرده‌اند تا از روشی ارزان‌تر و فراگیرتر برای نظارت بر بلایای طبیعی استفاده کنند: تقریباً 1 میلیون مایل فیبر- کابل های نوری که از کف اقیانوس ها عبور می کنند.
اسپیکا، استادیار علوم زمین و محیط زیست گفت: «شرکت‌های مخابراتی در 30 سال گذشته این کابل‌های فیبر نوری را نصب کرده‌اند و صدها میلیارد دلار برای انجام آن هزینه کرده‌اند. اکنون، به لطف فوتونیک پیشرفته و قدرت محاسباتی عظیم، می‌توانیم کابل‌های فیبر نوری را به آرایه‌های فوق متراکم از حسگرهای با دقت بالا تبدیل کنیم.»
سونامی مجموعه‌ای از امواج عظیم است که در اثر جابجایی ناگهانی آب اقیانوس‌ها ایجاد می‌شود که اغلب در اثر حرکت ناگهانی سطح زمین در کف دریا ایجاد می‌شود. یک سونامی می تواند جزئی یا ویرانگر باشد، مانند سونامی اقیانوس هند در سال 2004 که نزدیک به 228000 نفر را کشت.
در مطالعه ای در نامه های تحقیقاتی ژئوفیزیکSpica و همکارانش نشان می دهند که کابل های فیبر نوری می توانند به عنوان یک سیستم هشدار اولیه برای سونامی استفاده شوند.
اسپیکا می‌گوید: «برخلاف زمین‌لرزه‌هایی که ناگهانی رخ می‌دهند و اجتناب از آنها دشوار است، اگرچه برخی از سیستم‌های هشدار اولیه وجود دارند، سونامی‌ها معمولاً زمان بیشتری برای ایجاد و رسیدن به ساحل نیاز دارند.» “این به این معنی است هشدار زودهنگام سیستم ها در سونامی موثرتر هستند. با این حال آنچه دشوار است تخمین بزرگی سونامی قبل از رسیدن به ساحل است. از این رو، ابزارهای دریایی مورد نیاز هستند که نگهداری آنها گران و دشوار است.
طی پنج سال گذشته، اسپیکا و همکارانش واحدهای بازپرس DAS را در شرکت‌های مخابراتی فیبر نوری در آلاسکا، ژاپن، اسپانیا و دریاچه انتاریو نصب کردند که به کابل‌های فیبر نوری زیر آب متصل می‌شوند. این تیم با استفاده از یکی از دستگاه های قرار داده شده در فلورانس، اورگان، توانست سونامی را که از زنجیره جزیره ای در حدود 1300 مایلی شرق نوک آمریکای جنوبی سرچشمه می گیرد، شناسایی کند.
«این یک زلزله بزرگ در جزایر ساندویچ بود که باعث یک سونامی بزرگ شد. اسپیکا می‌گوید که حتی در همان اقیانوس کابل و دستگاهی که ما آن را پیدا کردیم، نبود. زمانی که سونامی به اورگان و آلاسکا رسید، تنها چند سانتی متر روان آب وجود داشت که هیچ خسارتی در پی نداشت.»
تکنیک DAS با نظارت بر فوتون ها – ذرات نور – که از طریق کابل های فیبر نوری حرکت می کنند، کار می کند. همانطور که نور در یک موج از طریق کابل ها عبور می کند، برخی از فوتون ها به سمت مبدا کابل منکس می شوند. این فوتون ها به عقب منکسر می شوند و در هر زمان مقدار نوری که به بازپرس باز می گردد متناسب با کرنش در طول کابل است.
محققان در ابتدا از این کابل ها برای تشخیص زلزله استفاده می کردند. زلزله در مدت زمان بسیار کوتاهی مقدار زیادی انرژی آزاد می کند. اسپیکا می گوید سوال بزرگ این است که آیا کابل ها می توانند حرکت بسیار ظریف سونامی را تشخیص دهند یا خیر. دوره بین قله های موج در یک سونامی می تواند فوق العاده طولانی باشد – تا ده ها دقیقه و چندین مایل بین قله های موج.
“زمین لرزه ها اسپیکا می گوید: معمولا انرژی بسیار بالاتری دارند و خیلی سریع تکان می خورند، در حالی که سونامی امواج بسیار گسترده ای دارد. بنابراین سوال این بود که آیا می‌توانیم از این تکنیک‌ها برای مشاهده امواج با دوره‌های بسیار طولانی استفاده کنیم؟
محققان مطمئن نیستند که چه ویژگی سونامی باعث تغییر کابل های فیبر نوری شده است. تغییر شکل ناشی از فشار ناشی از آب اضافی روی کابل ها می تواند باعث کشیده شدن الیاف در آنها شود و نحوه شکست فوتون ها را تغییر دهد. دما می‌تواند تغییری مشابه ایجاد کند، اما Spica می‌گوید تحقیقات بیشتری برای تعیین دقیق چگونگی تأثیر الیاف مورد نیاز است.
سیستم DAS می تواند به شرکت های مخابراتی راه جایگزینی برای استفاده از کابل های فیبر نوری در آینده ارائه دهد زیرا ماهواره ها جایگزین کابل ها به عنوان مسیر اصلی تحویل اینترنت می شوند. اسپیکا می‌گوید که این کابل‌ها می‌توانند برای نظارت نظامی، ردیابی قایق‌ها، اندازه‌گیری امواج داخلی، ردیابی دمای اقیانوس‌ها و مطالعه تغییرات آب و هوایی استفاده شوند.
اسپیکا می‌گوید: «این شرکت‌های مخابراتی درباره این مشاهدات شنیده‌اند، اما هنوز خیلی زود است. اما اگر بزرگ فکر کنیم، اگر در 15 سال آینده بزرگ فکر کنیم، احتمالاً باید تلاش کنند در زیرساخت‌های خود سرمایه‌گذاری مجدد کنند.»
این مطالعه بر اساس پژوهش قبلی Spica برای تعیین اینکه آیا فیبرهای نوری می توانند حرکات زمین را از زلزله تشخیص دهند یا خیر انجام شد. Spica می‌گوید در مرحله بعد، نرم‌افزاری برای رونویسی اطلاعات تشخیص سونامی از کابل‌های فیبر نوری در زمان واقعی نیاز است.
منبع: دانشگاه میشیگان
