los cable de fibra ópticaLos correos electrónicos que viajan bajo tierra, a lo largo del lecho marino y hacia nuestros hogares tienen potencial además de transmitir videos, correos electrónicos y tweets. Estas señales también pueden registrar vibraciones del suelo tan pequeñas como un nanómetro en cualquier lugar donde el cable toque el suelo. Este uso no intencionado de los cables de fibra óptica se descubrió hace décadas y ha tenido un uso limitado en aplicaciones militares y comerciales.
Un proyecto piloto de la Universidad de Washington explora el uso de sensores de fibra óptica para sismología, glaciología e incluso monitoreo urbano. Financiado en parte con una subvención de $ 473,000 de MJ Murdock Charitable Trust, una organización sin fines de lucro con sede en Vancouver, Washington, la nueva instalación de detección fotónica de UW tiene tres máquinas decodificadoras, o «interrogadores», que usan fotones que viajan a través de un cable de fibra óptica para detectar movimientos de tierra tan pequeños como 1 nanómetro.
«La detección de fibra óptica es el mayor avance en geofísica terrestre desde que el campo se volvió digital en la década de 1970», dijo el investigador principal. brad lipovsky, profesor asistente de ciencias de la Tierra y el espacio de la Universidad de Washington. “La Instalación de Detección Fotónica de la UW y sus socios explorarán el potencial de esta tecnología en los campos científicos, incluida la sismología, la glaciología, la oceanografía y el monitoreo de la hidrología y la infraestructura”.
El nuevo centro, el más grande de los Estados Unidos y el primero de su tipo en el noroeste del Pacífico, se encuentra entre un puñado de centros de investigación en todo el mundo que están explorando la fibra óptica para detectar el movimiento del suelo. Este enfoque de monitoreo podría aumentar la cantidad de datos sísmicos miles de veces.
Por ahora, una de las tres máquinas interrogadoras de la UW está conectada a una «fibra oscura» o cable sin usar, que se extiende entre los campus de la UW en Seattle y Bothell. Los investigadores pronto también se conectarán a un cable submarino similar a través de Cook Inlet de Alaska para detectar sistemas volcánicos, oceánicos, glaciales y tectónicos allí. El resto del equipo se utilizará para despliegues temporales.
El dispositivo «interrogador» es una caja portátil, del tamaño de una tostadora, que convierte las señales ópticas en movimientos terrestres muy precisos. La instalación de detección fotónica UW tiene tres interrogadores que se pueden usar en laboratorios o en el campo. Cada uno recoge tantos datos como 15.000 sismómetros. Crédito de la imagen: Febus
Cuando el suelo vibra, debido a un camión pesado, un trabajo de construcción o un terremoto, las ondas sísmicas viajan desde la fuente como las ondas en un estanque. Cuando una onda sísmica llega al cable de fibra óptica, el cable se estira muy poco, interrumpiendo los fotones que se reflejan de forma natural hacia la fuente. Los investigadores pueden detectar esta interrupción en las ondas de luz que regresan y determinar dónde se alteró el cable.
La técnica se conoce como «detección acústica distribuida» o DAS, porque el sistema está disperso y se puede usar para monitorear tanto las ondas de sonido como el movimiento del suelo.
La misma tecnología también puede registrar movimientos más graduales. Lipovsky, que estudia glaciares y estudiante de posgrado de la UW John-Morgan Manos llevó equipos hasta el glaciar Easton en Mount Baker para monitorear la tasa de derretimiento de la superficie. El equipo instaló un cable y usó un interrogador para ver cuánta nieve se estaba derritiendo en el glaciar.
En otros proyectos piloto, los investigadores de la UW con la Red Sísmica del Noroeste del Pacífico están explorando usos para la sismología, incluidos terremotos, volcanes y deslizamientos de tierra. Los oceanógrafos de UW utilizarán cables de fibra óptica que se conectarán a un observatorio del fondo marino para monitorear las fallas oceánicas e incluso espiar a las ballenas. Los ingenieros civiles de la UW estudiarán si esta tecnología podría monitorear las colisiones de tráfico o la infraestructura de edificios y puentes.
La instalación incluirá observatorios semipermanentes en Seattle y otras fibras «oscuras» no utilizadas, incluido un cable que se extiende hasta Whidbey Island. El equipo también planea tender cables para implementaciones de campo temporales en Mt. Rainier y está explorando proyectos más lejanos en un fiordo en Groenlandia y en la estación McMurdo en la Antártida.
“Estamos llegando al concepto de ‘Tierra inteligente’, donde podemos escuchar a la Tierra”, dijo Marina Denolle, profesor asistente de ciencias de la Tierra y el espacio de la Universidad de Washington. “Esta tecnología permite que la detección sísmica vaya a lugares donde antes no podía, donde era demasiado difícil o costoso implementar sensores. El otro aspecto nuevo es una densidad de sensores más allá de lo que teníamos antes”.
Un cable de fibra óptica (amarillo) en la superficie del glaciar Rhone en Suiza durante un proyecto colaborativo que incluyó a Brad Lipovsky. La instalación de detección fotónica UW ya ha utilizado equipos similares en Easton Glacier en Mt. Baker. Crédito de la imagen: Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich
Los sismómetros actuales registran el movimiento del suelo en un solo punto, mientras que los cables de fibra óptica toman medidas en muchos puntos a lo largo del cable: el cable de prueba tiene 15 000 canales de datos. Denolle utilizará la informática y el aprendizaje automático para dar sentido a esta nueva montaña de datos sísmicos.
“En sismología, nuestros datos solían moverse”, dijo Denolle. “Esta es la primera vez que podemos obtener imágenes 2D, e incluso videos, de la transmisión de datos”.
La subvención de MJ Murdock Charitable Foundation se otorgó a fines de 2021. Los investigadores usaron los fondos para conectar y probar el equipo la primavera pasada, y pronto se instalará una sala de visualización de datos en el campus.
“Gracias al apoyo de MJ Murdock Charitable Trust, la UW es la primera universidad en adquirir tanto equipo para esta técnica”, dijo Lipovsky. “Esto está en la etapa de experimento piloto, y estamos emocionados de ver a dónde va”.
Fuente: Universidad de Washington
