11535
Jak zakopané kabely odhalují vnitřek Země James Dinneen
[ Ezoterika ] 2025-12-08
Zeměkoule je protkána nevyužitými optickými kabely. Nyní je výzkumníci využívají k obraně proti zemětřesením a vytvoření bezprecedentní mapy podzemního světa... Pod klikatými ulicemi Istanbulu v Turecku pulzuje optický kabel laserovým světlem. Až donedávna byl tento úsek informační dálnice nečinný a temný, ale skupina výzkumníků se nyní shlukuje a sleduje, jak se obrazovka počítače plní třpytivými řádky dat, zatímco pod zemí bliká světlo. Čáry představují jemné podzemní vibrace zemětřesení, detekované podél vlákna způsobem, který se stal možným teprve nedávno - součást desetiletí trvajícího úsilí odhalit povrch Země a nahlédnout dovnitř. Velká část internetu, telefonních systémů, televize a další vysokorychlostní komunikace závisí na celosvětově obklopující síti optických kabelů. Podle jednoho odhadu se pod městy a mezi městy vine více než 4 miliardy kilometrů takových kabelů; Nejdelší se rozprostírají přes oceány. Obvykle o této fyzické síti moc nepřemýšlíme, jsme spokojeni jen s přijímáním hovorů, webových stránek a kočičích videí, která vysílá. Ale čím dál více se samotné kabely stávají cenným zdrojem informací o planetě. V Istanbulu tato vlákna odhalila potenciálně život zachraňující informace o tom, jak chránit lidi a infrastrukturu před budoucími zemětřeseními. Jinde umožňují výzkumníkům měřit podzemní šum londýnského ruchu, sledovat dunění islandských sopek a mapovat horní části pláště naší planety.
Tento nový pohled na podzemí má potenciál proměnit naše chápání neustálé vibrace světa. "Celkovým cílem je téměř průhledná Země," říká Jonathan Ajo-Franklin z Rice University v Texasu. Tato vlákna se odhalila Potenciálně život zachraňující informace Cesta k tomuto bodu začíná vystřelováním rychlých pulzů laserového světla po optickém vlákně. U běžných telekomunikací je cílem poslat informace zakódované v těchto pulzech, které budou dekódovány na druhém konci - kabel je jen kanál. Světlo však může být také použito k detekci změn přímo v kabelu: pokud byste volali nebo videohovorili přes optický kabel a v oblasti toho kabelu došlo k zemětřesení, frekvence hlasu druhé osoby by byly zkreslené. Tyto deformace nastávají, když podzemní vibrace natahují a ohýbají vlákno, kterým je volání přenášeno. Deformace vlákna způsobuje jemná zpoždění ve světle, které se odráží zpět na začátek kabelu drobnými nedokonalostmi ve skle, ze kterého je vyrobeno, známými jako zpětný rozptyl. Zařízení zvané interrogátor interpretuje posuny v tomto zpětném rozptylu, aby přesně určilo, kde a o kolik vibrace vlákno namáhaly, což výzkumníci používají k rekonstrukci samotných otřesů.
Obrovské cívky optických vláken obklopujících celou planetu, rozprostírající se pod městy i oceány New York Times/Redux/eyevine
Osvětlení tmavých optických kabelů
Před více než deseti lety si seismologové uvědomili, že mohou využít optické kabely k monitorování podzemního otřesu. To by byl levný způsob, jak rozšířit pokrytí stávajících sítí seizmometrů, které jsou drahé na instalaci a provoz. Vysoké prostorové rozlišení dosažené pomocí optických vláken by také mohlo vytvořit mnohem detailnější obraz podzemí - alespoň v mělčích hloubkách - než co dokážeme seismometry měřícími chvění v jednom bodě. To dalo vzniknout oboru distribuovaného akustického snímání (DAS), který označuje, jak kabely umožňují měřit akustické vlny v mnoha bodech podél jejich délky. Ropný a plynárenský průmysl byl průkopníkem v používání DAS; Již v roce 2009 průmysl testoval způsoby, jak monitorovat otřesy ve vrtech tím, že se optický kabel protáhne dolů vrtákem. Tento přístup byl brzy přijat pro širokou škálu aplikací, od sledování pohybu zvířat podle jejich kroků až po pozorování změn vlhkosti půdy měřením rychlosti vln procházejících zemí. "Máte nové kladivo, musíte jít na každý hřebík, který najdete," říká Andreas Fichtner z ETH Curych ve Švýcarsku. Většina dosavadní výzkumu používala speciální kabely instalované speciálně pro monitorovací účely. Například se běžně instalují optická vlákna ke sledování infrastruktury, jako jsou potrubí a železniční tratě. Ambicióznější projekty se však snažily využít optická vlákna v existujících telekomunikačních sítích. Tento přístup má zásadní praktické výhody: je levnější, protože není potřeba stavět nic nového a stávající sítě pokrývají mnohem větší část planety, než by bylo možné sledovat tradičními seismometry.
Kabely, které aktivně přenáší signály, obvykle nelze použít k provádění spolehlivých měření, protože DAS lasery mají tendenci rušit ostatní odesílané signály, ale existuje i jiná možnost. Většina telekomunikačních sítí je plná nevyužitých kabelů položených v očekávání budoucího provozu. Využití této globální sítě "tmavých vláken" by mohlo pomoci zaplnit mezery v existujících seizmometrických polích, říká Andreas Wüstefeld z NORSAR seismology foundation v Norsku. I když to zahrnuje těžko dostupná místa, jako je dno oceánu, nejvíce mohou získat zemětřesně aktivní města, která postrádají robustní systémy pro monitorování otřesů. Istanbul je jedním z největších takových měst, jedním z nejzranitelnějších zemětřesení na světě.
Toto potenciální nebezpečí se tragicky ukázalo v únoru 2023, kdy série silných zemětřesení otřásla jižním Tureckem a Sýrií, zabila více než 55 000 lidí a zničila stovky tisíc budov. Istanbul, vzdálený více než 800 kilometrů od epicentra, nebyl poškozen, ale nízké otřesy město zasáhly. Náhodou skupina výzkumníků vedená Fichtnerem nahrávala na temném vlákně, když rázová vlna dorazila. "Jakmile jsme se o tom dozvěděli, okamžitě jsme se vrhli k notebooku a otevřeli data," říká Daniel Bowden, rovněž z ETH Zurich. Načasování bylo šťastné: pouhé tři dny před zemětřesením tým začal monitorovat 8kilometrový tmavý optický kabel vedoucí pod několika hustě obydlenými čtvrtěmi. Byl součástí snahy zmapovat riziko škod způsobených zemětřesením v části města zaznamenáváním okolních vibrací způsobených přílivem a dopravou v oceánu. "Můžeme změřit, jak rychle se seizmické vlny šíří, a to vše nám pomáhá vytvořit model těch top 50 až 100 metrů," říká Bowden. Před zemětřesením se jim podařilo zaznamenat dostatek otřesů, aby mohli zmapovat geologii oblasti do detailu blok po bloku. Tato mapa ukázala, že během zemětřesení mohly některé oblasti podél optického vlákna zažít desetkrát větší otřesy než sousední ulice. Příchod skutečného zemětřesení umožnil výzkumníkům ověřit výsledky jejich modelů a podpořit myšlenku, že tmavá vlákna mohou spolehlivě předpovídat seizmické riziko. Městská správa Istanbulu nyní má tato data, která pomáhají informovat stavební předpisy a stavební projekty nad optickým vláknem, říká Bowden.
Hlouběji
Nicméně jediná 8kilometrová optika je jen začátek. Výzkumníci nyní rozšiřují tento přístup na celé město. V květnu začali používat čtyři temná vlákna o délce 50 kilometrů k mapování půdy pod asi 900 čtverečními kilometry Athén v Řecku. "Nikdy jsme neudělali něco takového rozsahu," říká Fichtner. Společně kabely obklopují Athény a protínají je ve velkém "X", což by mělo Fichtnerovu týmu umožnit vytvořit podrobnou, trojrozměrnou mapu podkladové geologie a seizmického rizika starověkého města. "Pro seismologa je to geometrie snu," říká. Budou také testovat způsoby monitorování "mikrozemětřesení", které by mohly pomoci předpovědět nebezpečnější otřesy.
Rafael Mestre z University of Southampton ve Velké Británii a jeho kolegové připravují ještě větší projekt využívající síť tmavých vláken propojující Southampton, Londýn a Cambridge. "Nikdo dosud neprovedl rozsáhlé kontinuální sběry dat ve skutečně velkých městech jako je toto," říká Mestre. Tyto oblasti nejsou náchylné k zemětřesením, ale data mohou mít řadu využití, od identifikace netěsných podzemních potrubí až po posouzení stability základů budov. Urban DAS by dokonce dokázal detekovat vibrace nad zemí, které pronikají Zemí, například hluk z nedalekého letiště. Tato mimořádná citlivost vyvolává obavy o soukromí a dohled. Vlákna jsou natolik citlivá, že by teoreticky mohla být použita k detekci kroků nebo dokonce hlasů, říká Mestre. "Bude použit a lidé o tom ani nevědí." DAS není bez technických problémů. Velká část raného zájmu o tuto techniku se soustředila na sledování zemětřesení v reálném čase. Bohužel, záplava extrémně šumových dat produkovaných kabely učinila tuto myšlenku náročnější, než si výzkumníci původně mysleli. "Data jsou velmi obtížná. Je to prostě chaos," říká Fichtner. Tato mimořádná citlivost vyvolává obavy o ochranu soukromí a sledování. Kabely jsou také soustředěny tam, kde lidé žijí, takže nejsou užitečné v odlehlejších místech. Získat přístup od telekomunikačních společností a vlád může být podle něj pořádná starost. "Zjišťujeme, co je možné a co ne." Podmořská vlákna jako ta zmapovaná výše. Mohla by se použít ke zlepšení varovných časů jak při zemětřeseních, tak při tsunami.
Infrastruktura
Už bylo dosaženo spousty užitečných výsledků. Například skupina Ajo-Franklinové použila tmavé vlákno v Kalifornii k mapování okolních seizmických vln, což odhalilo dříve přehlížený geotermální rezervoár, který by mohl být využit k výrobě elektřiny. Výzkumníci z Kalifornského technologického institutu použili tmavá vlákna kolem sopečného systému na Islandu k detekci raných známek erupce. Další tým, sídlící na University of California, Berkeley, dosáhl pokroku v použití offshore vláken k ukázání, jak monitorování zemětřesení v oceánských pánvách může zkrátit dobu varování o několik sekund. Varování před tsunami by se mohla naopak zlepšit o život zachraňující minuty. Mezitím jiní výzkumníci využívají tyto sítě k nahlédnutí do hlubin planety. James Atterholt z US Geological Survey (USGS) a jeho kolegové nedávno použili 100kilometrové tmavé vlákno v Kalifornii k mapování hranice mezi zemskou kůrou a pláštěm s dosud neznámými detaily. Tato hranice, známá jako Moho linie, se vyskytuje v různých hloubkách po celé planetě a znamená výrazný přechod ve složení a vlastnostech horniny, když kůra ustupuje horní vrstvě. "Hlavní struktury, které vidíme na povrchu - sopky, zlomy - interagují s Moho," říká Atterholt. Možnost sledovat tak hluboké interakce by mohla objasnit, jak velké zemětřesení může zlom vyvolat, nebo na potrubí konkrétního sopečného systému. USGS nyní zkoumá způsoby, jak využít tmavé vlákno v severní Kalifornii ke studiu jedné z nejaktivnějších zemětřesících oblastí kontinentálních USA: místo setkání tří tektonických desek nazývané Mendocinoova trojitá křižovatka. Sledování otřesů by mohlo výzkumníkům umožnit podrobněji zmapovat tuto složitou oblast a objasnit, jak způsobuje tak silná zemětřesení. "Je opravdu vzrušující přemýšlet o tom, že bychom Zemi zobrazili v mnohem, mnohem vyšším rozlišení," říká Atterholt. "Snažíme se použít tato vlákna k zajímavé vědě."
Potenciál může dokonce přesahovat síť tmavých vláken. Výzkumníci nedávno ukázali, že je skutečně možné spolehlivě sbírat DAS měření na "osvětlených kabelech", tedy na těch, které současně přenášejí jiné signály. Tento přístup "multiplexování" funguje tak, že pečlivě vybírá vlnovou délku laserového světla vystřeleného kabelem, aby nerušilo jiný síťový provoz. To by mohlo umožnit měřit vibrace na jakékoli části globální optické sítě. Měření těchto otřesů mezi internetovými signály by mohlo rozšířit náš pohled do nitra planety, kde jsou kabely nasazeny: pod městy, pod oceány, po celém světě... Pokud je to možné, může to být obrovský skok směrem k skutečně průhledné Zemi.
Zdroj:
https://www.bibliotecapleyades.net/ciencia4/tsunami94.htm
Zpět
