Notícia

Cabos de fibra óptica podem detectar e caracterizar terremotos

Fonte

Caltech | Instituto de Tecnologia da Califórnia

Data

domingo, 6 agosto 2023 13:05

Áreas

Geociências. Geografia. Materiais. Pesquisa. Sensoriamento Remoto. Tecnologias.

Na Califórnia, nos Estados Unidos, milhares de quilômetros de cabos de fibra óptica cruzam o estado, fornecendo acesso à internet para as pessoas. Mas esses cabos subterrâneos também podem ter uma função secundária surpreendente: eles podem detectar e medir terremotos. Em um novo estudo do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), os cientistas relataram o uso de uma seção de cabo de fibra óptica para medir detalhes intrincados de um terremoto de magnitude 6 (M6), identificando a hora e a localização de quatro áreas ‘presas’ da falha, que levaram à ruptura.

Por vários anos, o professor de geofísica Dr. Zhongwen Zhan e sua equipe tiveram como objetivo mostrar que o reaproveitamento de cabos de fibra óptica é uma maneira simples de expandir drasticamente a capacidade de medir a atividade sísmica, produzindo uma densa rede de sismômetros improvisados em um método chamado de detecção acústica distribuída. O novo estudo, publicado na revista científica Nature, utilizou apenas uma seção de cabo de 100 quilômetros para entender com precisão a complexa mecânica por trás de um terremoto específico de 2021, sugerindo que o acesso a mais cabos permitiria uma melhor compreensão da física do terremoto e, em última análise, melhores sistemas de alerta precoce.

“Se conseguirmos uma cobertura mais ampla para medir a atividade sísmica, podemos revolucionar a forma como estudamos terremotos e fornecer alertas mais avançados”, disse o professor Zhan. “Embora não possamos prever terremotos, a detecção acústica distribuída levará a uma melhor compreensão dos detalhes subjacentes sobre como a terra se rompe.”

Existem cerca de 500 sismômetros ao longo dos cerca de 56.500 milhas quadradas no sul da Califórnia, e cada um custa até US$ 50 mil (cerca de R$ 244 mil). Por outro lado, a utilização de cabos de fibra óptica em todo o estado pode ser equivalente a cobri-lo com milhões de sismômetros.

Para usar um cabo de fibra óptica como sismômetro, os emissores de laser são posicionados em uma extremidade do cabo, disparando feixes de luz através dos longos e finos fios de vidro que compõem o núcleo do cabo. O vidro tem pequenas imperfeições que refletem de volta uma porção minúscula da luz para a fonte, onde é registrada. Dessa maneira, cada imperfeição atua como um ponto de passagem rastreável ao longo do cabo de fibra óptica, que normalmente fica enterrado logo abaixo do nível do solo. As ondas sísmicas que se movem pelo solo fazem com que o cabo se mexa ligeiramente, o que altera o tempo de viagem da luz de e para esses pontos de referência. Assim, as imperfeições ao longo do comprimento do cabo atuam como milhares de sismógrafos individuais que permitem aos sismólogos observar o movimento das ondas sísmicas.

No novo estudo, a equipe examinou as assinaturas de luz que viajam através de um trecho de cabo de fibra óptica localizado no leste de Sierra Nevada durante o terremoto de magnitude 6 em Antelope Valley em 2021. A seção de cabo equivalia a 10.000 sismômetros e conseguiu descobrir que o terremoto M6 era formado por uma sequência de quatro rupturas menores. Esses chamados ‘subeventos’, como miniterremotos, não puderam ser detectados por uma rede sísmica convencional.

Em colaboração com o laboratório da Dra. Nadia Lapusta, professora de Engenharia Mecânica e Geofísica do Caltech, a equipe conseguiu criar um modelo preciso do terremoto M6 com base na atividade sísmica medida. O modelo mostrou o tempo dos quatro subeventos e identificou suas localizações exatas na região da falha.

“O uso de cabos de fibra óptica como uma série de sismômetros revelou aspectos da física dos terremotos que há muito são hipotetizados, mas difíceis de imaginar. Como analogia, imagine seu telescópio comum. Você pode ver Júpiter, mas provavelmente não pode ver suas luas ou quaisquer detalhes. Com um telescópio realmente poderoso, você pode ver os detalhes finos do planeta e das superfícies lunares. Nossa tecnologia é como um poderoso telescópio para terremotos”, concluiu o professor Zhongwen Zhan.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia da Califórnia (em inglês).

Fonte: Lori Dajose, Caltech. Imagem: veículo de varredura a laser móvel do Centro de Ciência de Terremotos do Serviço Geológico dos EUA (USGS) examina a ruptura da superfície perto da zona de deslocamento máximo da superfície do terremoto de magnitude 7,1 que atingiu a área de Ridgecrest, Califórnia, em 2019. Fonte: Ben Brooks, U.S. Geological Survey via NASA Jet Propulsion Laboratory/Caltech.