
Землетрясения и цунами легко спрогнозировать с помощью волоконно-оптических сетей
Геофизики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH) доказали на конкретном событии, что каждая отдельная волна землетрясения магнитудой 3,9 балла регистрировалась в системе шумоподавления волоконно-оптических сетей. Метод можно без дополнительных затрат на оборудование использовать для раннего предупреждения о землетрясениях и цунами.
Для развитых стран, в том числе Швейцарии, частая сеть сейсмических станций — нечто само собой разумеющееся. В менее благополучных странах и на дне мирового океана, где проложены кабели, уже иная картина. Развивающимся странам попросту не хватает средств для приобретения и установки большого количества датчиков. А в океанах фиксировать первопричины разрушительных цунами с надёжностью можно за счёт замеров давления на километровых глубинах с последующей передачей данных к поверхности, но это требует соответствующих затрат.
Учёные из Института геофизики ETH и Швейцарского федерального института метрологии (METAS) создали дешёвый метод на базе уже существующей инфраструктуры. Технология позволяет с точностью фиксировать землетрясения, в том числе и на океанском дне, и в менее богатых регионах мира.
Профессор геофизики Андреас Фихтнер рассказал, что они с коллегами использовали возможности уже существующей волоконно-оптической сети. Учёные получают данные о вибрациях от активной системы шумоподавления искажений и помех. Её главная роль — в повышении точности сигналов при передаче данных. Единственное, что нужно для придания этому дополнительной функции сейсмического контроля — это собирать данные активного шумоподавления и анализировать их. Никакие дополнительные устройства даже не понадобятся, объяснил учёный.
Чтобы понять, как активное фазовое шумоподавление (PNC) может измерять сейсмические толчки, подойдёт сравнение с технологией подавления шумов в дорогих наушниках. Высококлассные наушники полностью отсекают от пользователя посторонний шум. В составе наушников — микрофоны, улавливающие внешние звуки. Захваченные нежелательные шумы преобразуются в аудиосигналы немедленно. При этом так называемый инвертированный по фазе сигнал взаимно нейтрализует внешний шум, делая его неслышимым.
В PNC при оптоволоконной передаче данных «посторонний внешний шум» в кабеле идентифицируется за счёт сравнения переданного сигнала с тем неполным, частичным, сигналом, который отражается приёмником. Разница между первым и вторым сигналами — это и есть помехи, которые «пытались» повлиять на световой сигнал на его пути в оптическом волокне. Аналогично подавлению шумов в наушниках, помехи в кабеле на дне морском можно устранить соответствующим антисигналом.
При оптической передаче данных помехи возникают, когда оптические волокна воспринимают возмущения в микрометровом масштабе. Это происходит в ответ на деформации земной поверхности, вызванные землетрясениями, мощными течениями, перепадами давления и под воздействием человеческой активности. Каждая деформация пусть очень незначительно, но влияет на геометрию, укорачивая или удлиняя кабель. В результате наблюдается так называемый фотоупругий эффект — причина незначительных колебаний скорости света в оптоволокне.
Изменения длины кабеля и перепады скорости света пусть и очень слабо, но искажают частоту светового сигнала. Явление это изучено ещё несколько лет назад и уже используется в спецприборах для измерения вибраций.
Что касается системы шумоподавления для волоконно-оптической связи, то для швейцарской инфраструктуры атомных часов приборы-измерители излишни. Поясним, что атомные часы, которые также называют молекулярными и квантовыми — это прибор для измерения времени, в котором в качестве периодического процесса используются собственные колебания на уровне атомов или молекул. Учёные ETH и METAS научились считывать деформации по коррекции сигналов времени. Корректировка длины волны происходит в терагерцевом диапазоне (1012 колебаний в секунду) на несколько сотен герц. Другими словами, приблизительно на одну десятую миллиардной доли.
Описанные изменения незначительны, но они отображают чёткую картину вибраций волоконно-оптических кабелей. Фихтнер объяснил, что на основе PNC волоконно-оптической линии между Базелем и станцией «Атомные часы» в METAS в Берне исследователи сумели в деталях отследить каждую волну землетрясения магнитудой 3,9 балла в Эльзасе. То есть на основании наблюдений на территории Швейцарии в подробностях зафиксировали дрожь земли во Франции. Благодаря изученным данным удалось построить очень точную компьютерную модель землетрясения, и всё это — по измерениям швейцарской сейсмологической службы.
Такая точность доказывает, что данные PNC эффективны, чтобы вычислить эпицентр, глубину толчков и магнитуду (силу) землетрясений с высокой достоверностью. Итак, открытие даёт возможность предупреждать о цунами и фиксировать землетрясения в технологически менее развитых странах.
Для развитых стран, в том числе Швейцарии, частая сеть сейсмических станций — нечто само собой разумеющееся. В менее благополучных странах и на дне мирового океана, где проложены кабели, уже иная картина. Развивающимся странам попросту не хватает средств для приобретения и установки большого количества датчиков. А в океанах фиксировать первопричины разрушительных цунами с надёжностью можно за счёт замеров давления на километровых глубинах с последующей передачей данных к поверхности, но это требует соответствующих затрат.
Учёные из Института геофизики ETH и Швейцарского федерального института метрологии (METAS) создали дешёвый метод на базе уже существующей инфраструктуры. Технология позволяет с точностью фиксировать землетрясения, в том числе и на океанском дне, и в менее богатых регионах мира.
Профессор геофизики Андреас Фихтнер рассказал, что они с коллегами использовали возможности уже существующей волоконно-оптической сети. Учёные получают данные о вибрациях от активной системы шумоподавления искажений и помех. Её главная роль — в повышении точности сигналов при передаче данных. Единственное, что нужно для придания этому дополнительной функции сейсмического контроля — это собирать данные активного шумоподавления и анализировать их. Никакие дополнительные устройства даже не понадобятся, объяснил учёный.
Чтобы понять, как активное фазовое шумоподавление (PNC) может измерять сейсмические толчки, подойдёт сравнение с технологией подавления шумов в дорогих наушниках. Высококлассные наушники полностью отсекают от пользователя посторонний шум. В составе наушников — микрофоны, улавливающие внешние звуки. Захваченные нежелательные шумы преобразуются в аудиосигналы немедленно. При этом так называемый инвертированный по фазе сигнал взаимно нейтрализует внешний шум, делая его неслышимым.
В PNC при оптоволоконной передаче данных «посторонний внешний шум» в кабеле идентифицируется за счёт сравнения переданного сигнала с тем неполным, частичным, сигналом, который отражается приёмником. Разница между первым и вторым сигналами — это и есть помехи, которые «пытались» повлиять на световой сигнал на его пути в оптическом волокне. Аналогично подавлению шумов в наушниках, помехи в кабеле на дне морском можно устранить соответствующим антисигналом.
При оптической передаче данных помехи возникают, когда оптические волокна воспринимают возмущения в микрометровом масштабе. Это происходит в ответ на деформации земной поверхности, вызванные землетрясениями, мощными течениями, перепадами давления и под воздействием человеческой активности. Каждая деформация пусть очень незначительно, но влияет на геометрию, укорачивая или удлиняя кабель. В результате наблюдается так называемый фотоупругий эффект — причина незначительных колебаний скорости света в оптоволокне.
Изменения длины кабеля и перепады скорости света пусть и очень слабо, но искажают частоту светового сигнала. Явление это изучено ещё несколько лет назад и уже используется в спецприборах для измерения вибраций.
Что касается системы шумоподавления для волоконно-оптической связи, то для швейцарской инфраструктуры атомных часов приборы-измерители излишни. Поясним, что атомные часы, которые также называют молекулярными и квантовыми — это прибор для измерения времени, в котором в качестве периодического процесса используются собственные колебания на уровне атомов или молекул. Учёные ETH и METAS научились считывать деформации по коррекции сигналов времени. Корректировка длины волны происходит в терагерцевом диапазоне (1012 колебаний в секунду) на несколько сотен герц. Другими словами, приблизительно на одну десятую миллиардной доли.
Описанные изменения незначительны, но они отображают чёткую картину вибраций волоконно-оптических кабелей. Фихтнер объяснил, что на основе PNC волоконно-оптической линии между Базелем и станцией «Атомные часы» в METAS в Берне исследователи сумели в деталях отследить каждую волну землетрясения магнитудой 3,9 балла в Эльзасе. То есть на основании наблюдений на территории Швейцарии в подробностях зафиксировали дрожь земли во Франции. Благодаря изученным данным удалось построить очень точную компьютерную модель землетрясения, и всё это — по измерениям швейцарской сейсмологической службы.
Такая точность доказывает, что данные PNC эффективны, чтобы вычислить эпицентр, глубину толчков и магнитуду (силу) землетрясений с высокой достоверностью. Итак, открытие даёт возможность предупреждать о цунами и фиксировать землетрясения в технологически менее развитых странах.
- Дмитрий Ладыгин
- youtu.be/vFkPJ-SBe9s
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

«Инопланетяне» на Земле? Древние 8-метровые «грибы» оказались совершенно неизвестной формой жизни
Вот уже 180 лет подряд живые «башни» ставят в тупик всю науку....

«Шерстистый дьявол» обнаружен в пустыне, на границе Мексики и США
Ученые говорят: такой уникальной находки не было последние полвека....

Скрытые миллиарды: население Земли оказалось гораздо больше, чем считалось
Новые исследования бросают вызов официальным демографическим данным....

Американские спецслужбы скрывают правду о самой древней из библейских реликвий?
Экстрасенс ЦРУ предупредил: Ковчег Завета убьет каждого, кто к нему прикоснется....

Похоже, что проблема космического мусора в скором времени будет решена раз и навсегда
Новая технология не только очистит космос, но и поможет спутникам работать втрое дольше....

Почему мы не помним себя младенцами? Новое исследование дало ответы
Возможно, помним, но «ларчик» заперт....

Археологи ликуют: в Испании нашли рисунки, которые старше человечества!
200 000-летняя находка заставит пересмотреть учебники....

iPhone, давай до свидания! Илон Маск презентовал инновационный смартфон PhoneX
Это устройство слишком прекрасно для нашей реальности....

Ученые рассказали и показали, как выглядит Антарктида без льда
Высокие горы, глубочайшие каньоны, 58 метров до Апокалипсиса и множество других тайн....

Самые массовые и дикие розыгрыши на 1 апреля в мировой истории
Это вам не просто «вся спина белая»....

Ученые поражены: мыши, как спасатели, оживляют своих сородичей, попавших в беду
Открытие, от которого дрогнет даже самое черствое сердце....

Кислород устарел! Ученые нашли новый ключ к внеземной жизни
Гицеанические миры могут стать новой надеждой астрофизиков....

На 100 000 лет раньше людей: ученые рассказали, кто устроил первые похороны на планете
Загадочные карлики Homo naledi, чей мозг был размером с апельсин, оказались не глупее нас с вами....

Секретная мутация гена: оказалось, ее имеют все обитатели Марианской впадины
Поразительное открытие китайских ученых может изменить всю теорию эволюции....

10 лет за 48 часов: ИИ полностью переиграл ученых в поисках секрета супербактерий
Однако эксперты предупреждают: нейросети не только ускоряют науку, они запросто могут столкнуть нас в пропасть....

Ученый рассказал, как использовались загадочные артефакты из гробницы Тутанхамона
Это было как в фильме «Мумия»: «Фараон должен воскреснуть!»...