Parashikimi i tërmeteve dhe tsunamit me rrjete me fibra optike

Gjeofizikantët në ETH Cyrih kanë treguar se çdo valë e vetme e një tërmeti me magnitudë 3.9 regjistrohet në sistemin e shtypjes së zhurmës të rrjeteve me fibra optike. Kjo metodë, e publikuar tani në Scientific Reports , mund të përdoret për të vendosur sisteme të paralajmërimit të hershëm të tërmeteve dhe tsunamit me rrjetë të ngushtë me kosto të ulët.

Për vendet e pasura si Zvicra, pasja e një rrjeti të dendur stacionesh monitorimi të tërmeteve është një çështje e qartë. Ky nuk është rasti në vendet më pak të zhvilluara dhe në fundin e oqeaneve të botës. Ndërsa rajoneve më të varfra u mungojnë paratë për numrin e nevojshëm të sensorëve, oqeanet kërkojnë sisteme komplekse që mund të matin me besueshmëri ndryshimet minimale të presionit në thellësi prej mijëra metrash dhe të nxjerrin sinjalet e të dhënave në sipërfaqe.

Shkencëtarët nga Instituti i Gjeofizikës në ETH Cyrih, duke punuar së bashku me Institutin Federal Zviceran të Metrologjisë (METAS), kanë gjetur tani një metodë të mahnitshme dhe të lira që mundëson matje të sakta të tërmeteve edhe në fundin e oqeanit dhe në vendet më pak të zhvilluara.

“Ne jemi duke përfituar nga një funksion që infrastruktura ekzistuese e fibrave optike e kryen tashmë: marrim të dhënat e dridhjeve nga sistemi aktiv i shtypjes së zhurmës , i cili ka për detyrë të rrisë saktësinë e sinjaleve në komunikimin e të dhënave optike,” shpjegon profesori i gjeofizikës. Andreas Fichtner. Gjithçka që kërkohet është të ruani të dhënat aktive të shtypjes së zhurmës dhe t’i vlerësoni ato – nuk ka nevojë për pajisje shtesë ose infrastrukturë të shtrenjtë.

Për të kuptuar se si anulimi i zhurmës së fazës aktive (PNC) mund të masë dridhjet sizmike, ndihmon për ta krahasuar atë me sistemet e shtypjes së zhurmës të kufjeve të sotme të nivelit të lartë, të cilat e bëjnë zhurmën e ambientit pothuajse plotësisht të zhduket për përdoruesit. Këto kufje kanë mikrofona që marrin zhurmë të jashtme. Ky sinjal përmbyset dhe më pas futet në sinjalet audio praktikisht në kohë reale. Sinjali i përmbysur nga faza e anulon zhurmën e jashtme një për një, duke e bërë atë të padëgjueshëm.

Në PNC të një sistemi të komunikimit optik të të dhënave, “zhurma e ambientit” në fibrën optike përcaktohet duke krahasuar sinjalin e transmetuar fillimisht me një sinjal të pjesshëm që reflektohet nga marrësi. Dallimi midis dy sinjaleve tregon më pas interferencën ndaj së cilës sinjali i dritës u ekspozua në rrugën e tij përmes fibrës optike . Ashtu si me shtypjen e zhurmës në kufje, kjo ndërhyrje mund të anulohet duke përdorur një antisinjal të përshtatshëm.

Në transmetimin optik të të dhënave, “zhurma” shkaktohet kur fibrat optike shqetësohen nga mikrometra të thjeshtë. Kjo ndodh si përgjigje ndaj deformimeve të sipërfaqes së Tokës për shkak të tërmeteve, valëve të ujit, ndryshimeve në presionin e ajrit dhe aktivitetit njerëzor. Çdo deformim shkurton ose zgjat pak fibrën. Kjo nga ana tjetër çon në atë që njihet si një efekt fotoelastik, i cili bën që shpejtësia e dritës në fibër të luhatet gjithnjë e më pak.

Si ndryshimet në gjatësinë e fibrës ashtu edhe luhatjet në shpejtësinë e dritës ndryshojnë frekuencën e sinjalit të dritës me një faktor të vogël. Ky fenomen njihet prej disa vitesh dhe tashmë është vënë në përdorim në instrumente speciale për matjen e vibrimeve.

Por në rastin e sistemit të shtypjes së zhurmës në komunikimin me fibër optike të infrastrukturës së orës atomike të Zvicrës, të hetuar nga shkencëtarët në ETH dhe METAS, instrumente të tilla matës shtesë janë të tepërta: deformimet mund të lexohen lehtësisht nga korrigjimi i sinjaleve të kohës. Kjo korrigjon gjatësinë e valës së sinjalit në intervalin teraherz (10 12 lëkundje për sekondë) me disa qindra herc – me fjalë të tjera, me rreth një të dhjetën e miliardëshit.

Këto ndryshime mund të jenë të vogla, por ato japin një pamje jashtëzakonisht të qartë të dridhjeve ndaj të cilave ekspozohen kabllot me fibra optike gjatë periudhës së vëzhgimit. “Duke përdorur PNC-në e lidhjes me fibra optike midis Bazelit dhe vendndodhjes së orës atomike në METAS në Bernë, ne ishim në gjendje të gjurmojmë çdo valë të vetme të një tërmeti 3.9 ballë në Alsace në detaje,” shpjegon Fichtner. “Por edhe më mirë, një model i tërmetit i bazuar në të dhënat tona gjithashtu korrespondonte jashtëzakonisht saktë me matjet e marra nga Shërbimi Sizmiologjik Zviceran”.

Kjo përputhje pothuajse e saktë tregon se të dhënat PNC mund të përdoren për të përcaktuar vendndodhjen, thellësinë dhe magnitudën e një tërmeti me një shkallë të lartë saktësie. “Kjo është veçanërisht interesante për paralajmërimet gjithëpërfshirëse të cunamit ose për matjen e tërmeteve në rajone më pak të zhvilluara të botës,” thotë Fichtner.

Për Fichtner, historia se si u zhvillua metoda e re është gjithashtu shembullore. Ideja lindi nga një diskutim midis studiuesve të ETH dhe një specialisti në METAS. Sapo ekipi i ETH-METAS njohu potencialin e të dhënave të PNC, ata e zbatuan shpejt idenë.

“Që të dalë shkenca befasuese, duhet të ketë fonde në dispozicion për aktivitete kërkimore që nuk ndjekin një qëllim të paracaktuar,” thotë Fichtner. “ETH është ideale për atë lloj projekti. Ndryshe nga shumë universitete të tjera, unë kam fonde të pakufizuara në dispozicion për mua si studiues këtu.”