12. júlí 2018

Byltingarkennd tækni við skjálftamælingar

Undanfarin ár hefur þróun mælinga með ljósleiðaratækni fleygt fram í heiminum. Þar á meðal hafa fyrirtæki verið að þróa aðferðir til að nota ljósleiðarastrengi sem jarðskjálftamæla sem gæti leitt til mikilla framfara í jarðskjálftamælingum. Ljósleiðara má nota til þess að fylgjast með og skrá jarðskjálfta og jarðskorpuhreyfingar. Hann getur líka numið skjálftamerki frá sleggjuhöggum, bílum sem  aka hjá og sjávarbylgjuhreyfingum. 

Niðurstöður af viðamikilli tilraun með þessa tækni á Reykjanesi birtist nýlega í grein í vísindatímaritinu, Nature Communications. Tilraunin fólst í að prófa hvernig nota mætti venjulega fjarskiptastrengi til jarðskjálftamælinga.

Meðal höfunda greinarinnar eru Hanna Blanck og Gylfi Páll Hersir sérfræðingar á  ÍSOR sem stóðu að rannsókninni ásamt samstarfsaðilum frá Bretlandi og Þýskalandi. Aðalhöfundar greinarinnar eru Philippe Jousset og Thomas Reinsch, sérfræðingar hjá þýsku jarðvísindastofnuninni GFZ í Potsdam (GeoFoschungZentrum – Potsdam). Rannsóknin var hluti af IMAGE rannsóknaverkefninu sem styrkt var úr 7. rammaáætlun Evrópusambandsins samkvæmt samningi númer 608553.

Í rannsókninni var notast við 15 km langan ljósleiðari í eigu fjarskiptafélagsins Mílu sem lagður var árið 1994 milli Reykjanestáar og Svartsengis og liggur þvert yfir sprungubeltið sem skilur að Evrasíu- og Norður-Ameríku flekana. Um er að ræða venjulegan streng til fjarskipta eins og liggja nú orðið í jörðu vítt og breitt um landið. Míla veitti góðfúslegt leyfi til þess að nota ljósleiðarann í rannsókninni. Sendir voru leiserpúlsar eftir leiðaranum, endurkast púlsanna var síðan skráð og skoðað. Hreyfist ljósleiðarinn, t.d. vegna jarðskjálfta eða annars titrings í jörðu, bjagast endurkastmerkið. Hægt er að greina hvernig bjögunin berst sem bylgja eftir strengnum, bæði tímasetningu bjögunarinnar og stærð hennar. Þetta er hliðstætt því sem fengist með  mjög þéttri röð jarðskjálftamæla.  Björgunin var borin saman við gögn úr þéttriðnu neti jarðskjálftamæla á svæðinu. Niðurstöður voru með ólíkindum góðar. Þær staðsettu sprungur með ótrúlegri nákvæmni, svipað og fengist ef skjálftamælum væri raðað á línu með fjögurra metra millibili. 

Aðferðinni hefur verið beitt í allnokkur ár til þess að mæla hita í borholum, m.a. á Íslandi en þá er ljósleiðri steyptur fastur utan með fóðringum borholna. Hins vegar hefur ljósleiðaratækninni  fram til þessa ekki verið beitt til að greina skjálfta með jafnlöngum ljósleiðara nærri yfirborði jarðar. 

Niðurstöður sýndu ekki einungis þekkt misgengi og sprungur heldur fundust einnig misgengi sem ekki var vitað um áður. Greina mátti margs konar jarðskoruhreyfingar sem urðu á nokkurra mínútna fresti. Nefna má örsmáa jarðskjálfta, bylgjur frá stórum skjálftum langt í burtu og titring vegna sjávarbylgna. 

Möguleikarnir á notkun ljósleiðara sem skjálftanema eru gífurlegir þar sem óteljandi fjöldi slíkra fjarskiptastrengja liggur grafinn víðs vegar í jörðu bæði á Íslandi og annars staðar - nýir og óþrjótandi möguleikar blasa við. Þetta á ekki hvað síst við um vöktun hugsanlegra stórskjálfta í stórborgum á borð við San Fransiskó, Mexíkóborg, Tokyo og Istanbul. Þarna gætu ljósleiðarar komið til sögunnar sem ódýr og mikilvæg viðbót við vöktunarkerfið.

Tengill við greinina:

Jousset, P., Reinsch, T., Ryberg, T., Blanck, H., Clarke, A., Aghayev, R., Hersir, G.P., Henninges, J.,  Weber, M., Krawczyk, C.M., 2018. Dynamic strain determination using fibre-optic cables allows imaging of seismological and structural features.  Nature Communications.

Ljósmynd Philippe Jousset, GFZ.