الباحثون يختبرون كابل الألياف الضوئية في قاع البحر كنظام للإنذار المبكر بالزلزال
طقس العرب - في ظل التطورات المتسارعة في مجال التكنولوجيا، تستمر الدراسات والبحوث في البحث عن حلول جديدة ومبتكرة لمواجهة التحديات الطبيعية، وفي هذا السياق، يعمل فريق من الباحثين على اختبار أسلاك الألياف الضوئية في قاع البحر كنظام مبتكر للإنذار المبكر بالزلازل إن هذه الخطوة الجديدة تعكس الطموح العلمي في تحقيق الأهداف الهامة، حيث يتم استخدام البنية البحرية الفعالة كوسيلة للرصد والتنبيه المبكر، مما يسهم في تعزيز قدرات البشر على التصدي للكوارث الطبيعية.
كابلات الألياف الضوئية كنظام للزلازل
تواجه أنظمة الإنذار المبكر بالزلازل (EEW) تحديًا كبيرًا ناجمًا عن نقص المحطات الزلزالية في المناطق الساحلية الكثيفة بالسكان، التي تشهد نشاطًا زلزاليًا مكثفًا، وفي دراسة جديدة نُشرت في "The Seismic Record"، قام الباحثون بتقديم فكرة مبتكرة حيث يمكن تحويل كابلات الألياف الضوئية البحرية غير المستخدمة لأغراض الاتصالات إلى أنظمة EEW بحرية.
استفاد الباحثون من 50 كيلومترًا من الكابل البحري الممتد بين الولايات المتحدة وتشيلي، وقاموا بجمع بيانات سيزمية من 8960 نقطة على طول الكابل لمدة أربعة أيام، واستخدموا تقنية الاستشعار الصوتي الموزع (DAS)، والتي تعتمد على استغلال الخواص الداخلية للألياف الضوئية الطويلة كأجهزة استشعار زلزالية.
من خلال تحليل البيانات، استطاع الباحثون تحديد مواقع الزلازل وتقدير قوتها، بما في ذلك زلزال على الشاطئ بقوة 3.7 وزلزالين بحريين بقوتي 2.7 و3.3 خلال فترة الدراسة.
أظهرت النتائج أن استخدام مصفوفة DAS الفردية يمكن أن يحسن وقت الإنذار المبكر للزلازل بحوالي ثلاث ثواني مقارنة بالمصفوفات DAS البرية، ومن خلال محاكاة، اكتشف الباحثون أنه من خلال نشر مصفوفات DAS متعددة بمسافة 50 كيلومترًا وتعاونها في المنطقة، يمكن تحسين أوقات التنبيه لأنظمة EEW في منطقة الاندساس بمقدار خمس ثوان.
كيف يمكن استغلال الكابلات البحرية لتعزيز أنظمة الإنذار المبكر بالزلازل؟
إن المنطقة البحرية في تشيلي تشبه تلك الموجودة في منطقة كاسكاديا البحرية في كندا وشمال غرب المحيط الهادئ للولايات المتحدة، حيث تحتوي كل منها على مناطق اندساس نشطة، وفي هذه المناطق، تتصادم الصفائح التكتونية، وتغرق إحدى الصفائح تحت الأخرى، مما يتسبب في وقوع بعض من أكبر الزلازل وأكثرها تدميرًا في التاريخ، ولوحظ أن مناطق الساحل ذات الكثافة السكانية العالية في هذه المناطق تمكن من الإنذار المبكر بالزلازل البحرية الذي يؤدي دورًا مهمًا في حماية الأرواح والممتلكات.
حيث قال الباحثون:
"على الرغم من أننا توقعنا بعض التحسينات بسبب وضع مجموعة DAS في الخارج، إلا أن مكاسب السرعة الفعلية كانت تتجاوز توقعاتنا الأولية".
وأضافوا أيضا:
" الميزة الرئيسية هي الموقع البحري للمصفوفة، مما يلغي الحاجة إلى انتظار وصول الموجات الزلزالية إلى المحطات الأرضية.
الاستشعار الصوتي الموزع
قام الباحث جيوكسون يين، الذي ينتمي إلى معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، بالتعاون مع زملائه بدراسة تشمل 50 كيلومترًا من كابل اتصالات بحري يمتد بين الولايات المتحدة وتشيلي وقاموا بجمع عينات من البيانات السيزمية عبر 8960 قناة طوال مدة تجاوزت 4 أيام.
استفاد الباحثون من تقنية معروفة باسم "الاستشعار الصوتي الموزع"، التي تعتمد على استغلال العيوب الدقيقة في الألياف البصرية الطويلة لإنشاء أجهزة استشعار زلزالية فعّالة.
وبحسب ما جاء في البيان الصحفي الصادر على موقع "فيز دوت أورغ"، فقد استفاد الباحثون من بيانات الكابل لتحديد مواقع الزلازل وتقدير قوة الزلازل، بما في ذلك زلزال بري (بقوة 3.7 درجات) وزلزالين بحريين (بقوة 2.7 و3.3 درجات) خلال فترة الدراسة وأظهرت نتائجهم أن استخدام مصفوفة واحدة للأجهزة الاستشعار الصوتي الموزع أدى إلى تحسين يقدر بحوالي 3 ثوانٍ في الإنذار المبكر بالزلازل مقارنة بأجهزة الاستشعار الصوتي الموزعة على اليابسة.
ما هو السبب وراء اختيار كابلات الألياف الضوئية كنظام للإنذار المبكر بالزلزال؟
يوضح الدكتور يين أحد الباحثين في هذه الدراسة أن السبب الرئيسي وراء اختيار هذا الكابل البحري هو ارتفاع مخاطر الزلازل في تشيلي، مشيرًا إلى تكرار الزلازل البحرية في المنطقة وتأثرها بزلازل كبيرة سابقة بقوة تجاوزت 8 درجات على مقياس ريختر، بما في ذلك أكبر زلزال تم تسجيله إطلاقا في عام 1960؛ حيث إنه أكد أن وجود نظام موثوق للإنذار المبكر بالزلازل البحرية في تشيلي أمر ضروري بناءً على مخاطر الزلازل العالية وآثارها المدمرة المحتملة.
الذكاء الاصطناعي للتعلم العميق
الباحثون اعتمدوا على نموذج الذكاء الاصطناعي للتعلم العميق الذي تم تدريبه والتحقق من صحته باستخدام بيانات الزلازل وبيانات DAS السابقة لالتقاط موجات الزلزال من خلال هذا الكابل البحري وأوضح الدكتور يين أنه في حالة DAS، تكون كمية البيانات المجموعة كبيرة، وبالنسبة لتطبيقات الزلازل في الوقت الحقيقي مثل EEW، توفر نماذج التعلم العميق المدربة مسبقًا خيارًا فعالًا وموثوقًا.
وأشار الباحثون إلى أن هناك حاجة إلى المزيد من البيانات، خاصة من الزلازل ذات القوة الكبيرة، لتطوير واختبار خوارزميات EEW بشكل فعال، بالإضافة إلى الحاجة إلى مزيد من المعلومات حول كيفية استجابة أدوات DAS قبل بناء نظام EEW في الوقت الحقيقي الذي يتكامل مع إطارات EEW الحالية.
وأشار الدكتور يين إلى وجود العديد من الأماكن حول العالم حيث يمكن مواصلة هذا البحث فيها، حيث إنه توجد أكثر من 1500 محطة توصيل للأسلاك حول العالم، والتقدم في التكنولوجيا يسمح باستخدام الكابلات التشغيلية وإضافة أنظمة DAS دون التأثير في نقل بيانات الاتصالات، وأعرب عن استعدادهم لاستكشاف فرص بحثية إضافية والتعاون مع مالكي الكابلات والوكالات البيئية وصناعة السياسات لتوسيع نطاق DAS-EEW لصالح المجتمعات الساحلية.
تعد هذه التكنولوجيا الفائقة بمثابة نقلة نوعية في مجال دراسة الزلازل والتنبؤ بها، إذ تتيح للعلماء الحصول على بيانات دقيقة وفورية تساعدهم على فهم الظواهر الجيولوجية والزلازل بشكل أفضل، مما يمهد الطريق لاتخاذ التدابير الوقائية والاحترازية على نطاق أوسع حيث تعمل هذه الدراسة على توسيع آفاق البحث العلمي والتطبيقات العملية للتكنولوجيا الحديثة، وتساهم في تعزيز القدرة على التكيف مع التحديات البيئية بشكل أفضل، مما يجسد الجهود المستمرة للعلماء في بناء مستقبل أكثر أمانًا واستدامة.
اعرف أيضا:
هل يمكن أن تتسبب كارثة طبيعية بوقوع كارثة طبيعية أخرى؟
المصادر: