p Cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab) mostraram pela primeira vez que a fibra escura - a vasta rede de cabos de fibra ótica não utilizados instalados em todo o país e no mundo - pode ser usada como sensores para detectar terremotos, a presença de água subterrânea, mudanças nas condições do permafrost, e uma variedade de outras atividades de subsuperfície. p Em um par de artigos publicados recentemente, uma equipe liderada pelo pesquisador do Berkeley Lab, Jonathan Ajo-Franklin, anunciou que combinou com sucesso uma tecnologia chamada "sensoriamento acústico distribuído, "que mede ondas sísmicas usando cabos de fibra óptica, com novas técnicas de processamento para permitir monitoramento sísmico confiável, alcançando resultados comparáveis ​​aos que os sismômetros convencionais podem medir.

p "Isso tem um potencial enorme porque você pode imaginar longos trechos de fibras sendo transformados em uma rede sísmica massiva, "disse Shan Dou, um pós-doutorado do Berkeley Lab. “A ideia é que usando fibra que pode ficar enterrada por muito tempo, podemos transformar o ruído do tráfego ou outras vibrações do ambiente em sinais sísmicos utilizáveis ​​que podem nos ajudar a monitorar as mudanças próximas à superfície, como o degelo do permafrost e as flutuações do nível do lençol freático. "

p Dou é o autor principal de "Distributed Acoustic Sensing for Sismic Monitoring of the Near Surface:A Traffic-Noise Interferometry Case Study, "que foi publicado em setembro na revista Nature's Relatórios Científicos e verificou a técnica de monitoramento da superfície da Terra. Mais recentemente, O grupo de Ajo-Franklin publicou um estudo de acompanhamento liderado pelo estudante de graduação da UC Berkeley Nate Lindsey, "Observações de redes de fibra óptica de campos de ondas de terremoto, " no Cartas de Pesquisa Geofísica (GRL) , que demonstra a viabilidade do uso de cabos de fibra óptica para detecção de terremotos.

p O que é fibra escura?

p Fibra escura refere-se a cabo de fibra ótica não utilizado, dos quais há um excesso graças à grande corrida para instalar o cabo no início da década de 1990 pelas empresas de telecomunicações. Assim como os cabos foram enterrados no subsolo, a tecnologia de transmissão de dados melhorou significativamente, de modo que menos cabos eram necessários. Agora existem corredores densos de fibra escura cruzando todo o país.

p Sensor acústico distribuído (DAS) é uma nova tecnologia que mede campos de ondas sísmicas disparando pulsos de laser curtos em todo o comprimento da fibra. "A ideia básica é, a luz do laser é espalhada por pequenas impurezas na fibra, "disse Ajo-Franklin." Quando a fibra é deformada, veremos distorções na luz retroespalhada, e dessas distorções, podemos medir como a própria fibra está sendo espremida ou puxada. "

p Usando uma matriz de teste que eles instalaram em Richmond, Califórnia - com cabo de fibra óptica colocado em uma trincheira rasa em forma de L, um trecho de cerca de 100 metros paralelo à estrada e outro perpendicular - os pesquisadores verificaram que poderiam utilizar ondas sísmicas geradas pelo tráfego urbano, como carros e trens, para obter imagens e monitorar as propriedades mecânicas das camadas rasas do solo.

p As medições fornecem informações sobre o quão "mole" o solo está em qualquer ponto, tornando possível inferir uma grande quantidade de informações sobre as propriedades do solo, como seu conteúdo de água ou textura. "Imagine um slinky - pode comprimir ou mexer, "Ajo-Franklin disse." Isso corresponde a diferentes maneiras de espremer o solo, e quanta energia é necessária para reduzir seu volume ou cortá-lo. "

p Ele acrescentou:"O legal disso tudo é que você está medindo cada pequena unidade de fibra. Todos os reflexos voltam para você. Conhecendo todos eles e sabendo quanto tempo leva para uma luz laser voltar e na fibra, você pode verificar o que está acontecendo em cada local. Portanto, é uma medição verdadeiramente distribuída. "

p Tendo provado o conceito sob condições controladas, a equipe disse que espera que a técnica funcione em uma variedade de redes de telecomunicações existentes, e eles estão atualmente conduzindo experimentos de acompanhamento em toda a Califórnia para demonstrar isso. A pesquisa em andamento no Alasca também está explorando a mesma técnica para monitorar a estabilidade do permafrost ártico.

p Dou acrescentou:"Podemos monitorar a superfície próxima muito bem usando nada além do ruído do tráfego. Podem ser flutuações nos níveis do lençol freático, ou mudanças que podem fornecer avisos precoces para uma variedade de riscos geográficos, como degelo do permafrost, formação de sumidouro, e deslizamentos de terra. "

p Usando fibra para detecção de terremotos

p Com base em cinco anos de pesquisa conduzida pelo Berkeley Lab, explorando o uso de DAS para monitoramento de subsuperfície usando fontes sísmicas que não sejam terremotos, O grupo de Ajo-Franklin abriu novos horizontes e mostrou que o DAS também é uma ferramenta poderosa para monitorar terremotos.

p No estudo GRL liderado por Lindsey em colaboração com a estudante de graduação de Stanford Eileen Martin, a equipe de pesquisa fez medições usando a técnica DAS em arranjos de fibra óptica em três locais - dois na Califórnia e um no Alasca. Em todos os casos, O DAS provou ser tão sensível a terremotos quanto os sismômetros convencionais, apesar de seus níveis de ruído mais elevados. Usando os arrays DAS, eles montaram um catálogo de locais, regional, e terremotos distantes e mostraram que as técnicas de processamento podem tirar proveito dos muitos canais do DAS para ajudar a entender a origem dos terremotos.

p Ajo-Franklin disse que a fibra escura tem a vantagem de ser quase onipresente, enquanto os sismômetros tradicionais, porque são caros, são instalados esparsamente, e as instalações submarinas são particularmente escassas. Adicionalmente, fibra permite amostragem espacial densa, o que significa que os pontos de dados estão separados por apenas alguns metros, enquanto os sismômetros normalmente são separados por muitos quilômetros.

p Lindsey acrescentou:"A fibra tem muitas implicações para a detecção de terremotos, localização, e aviso prévio. A fibra vai para o oceano, e está em toda a terra, portanto, esta tecnologia aumenta a probabilidade de que um sensor esteja perto da ruptura quando ocorre um terremoto, que se traduz em encontrar pequenos eventos, locais melhorados para terremotos, e tempo extra para aviso prévio. "

p O artigo da GRL aponta outras aplicações potenciais do uso de fibra escura, incluindo análise de risco sísmico urbano, imagem sísmica global, detecção de vulcão submarino offshore, monitoramento de explosão nuclear, e caracterização de micro-terremotos.