Gunakan Kabel Telekomunikasi Bawah Air untuk Mendeteksi Gempa Bumi

Ahli seismologi Caltech yang bekerja dengan ahli optik di Google telah mengembangkan metode untuk menggunakan kabel telekomunikasi bawah air yang ada untuk mendeteksi gempa bumi. Teknik ini dapat meningkatkan sistem peringatan gempa dan tsunami di seluruh dunia.

Jaringan luas lebih dari satu juta mil kabel serat optik terletak di bawah lautan bumi. Pada 1980-an, perusahaan telekomunikasi dan pemerintah mulai memasang kabel ini, yang masing-masing dapat menempuh jarak ribuan mil. Saat ini, jaringan global dianggap sebagai tulang punggung telekomunikasi internasional.

Para ilmuwan telah lama mencari cara untuk menggunakan kabel bawah air ini untuk memantau kegempaan. Lagi pula, lebih dari 70 persen dunia tertutup oleh air, dan sangat sulit serta mahal untuk memasang, memantau, dan mengelola seismometer bawah air untuk melacak pergerakan darat di bawah laut. Apa yang ideal, kata para peneliti, adalah memantau kegempaan menggunakan infrastruktur yang sudah ada di sepanjang dasar laut.

Upaya sebelumnya untuk menggunakan serat optik untuk mempelajari kegempaan telah didasarkan pada penambahan alat ilmiah yang canggih dan / atau penggunaan yang disebut “serat gelap”, kabel serat optik yang tidak digunakan secara aktif.

Sekarang Zhongwen Zhan (PhD ’13), asisten profesor geofisika di Caltech, dan rekan-rekannya telah menemukan cara untuk menganalisis perjalanan cahaya melalui serat yang “menyala” – dengan kata lain, kabel bawah laut yang ada dan berfungsi – untuk mendeteksi gempa bumi. Ini adalah lautan ombak tanpa perlu peralatan tambahan. Mereka menjelaskan metode baru tersebut dalam jurnal edisi 26 Februari Ilmu.

“Teknik baru ini sebenarnya dapat mengubah sebagian besar kabel bawah laut menjadi sensor geofisika yang panjangnya ribuan mil untuk mendeteksi gempa bumi dan kemungkinan tsunami di masa depan,” kata Zhan. “Kami yakin ini adalah solusi pertama untuk memantau kegempaan berbasis samudra yang dapat diterapkan di dunia. Ini dapat melengkapi jaringan seismometer terestrial dan pelampung pemantauan tsunami yang ada untuk membuat deteksi gempa bumi bawah laut dan tsunami jauh lebih cepat dalam banyak kasus. ”

Jaringan kabel bekerja dengan menggunakan laser yang mengirimkan pulsa informasi melalui serat kaca yang dikelompokkan dalam kabel untuk mengirimkan data dengan kecepatan lebih dari 200.000 kilometer per detik ke penerima di ujung lain. Untuk memanfaatkan kabel secara optimal – yaitu, untuk mentransfer informasi sebanyak mungkin melaluinya – salah satu hal yang dipantau oleh operator adalah polarisasi cahaya yang bergerak melalui serat. Seperti cahaya lain yang melewati filter polarisasi, sinar laser terpolarisasi – yaitu, medan listriknya berosilasi ke satu arah, bukan ke kedua arah. Mengontrol arah medan listrik dapat memungkinkan banyak sinyal berjalan melalui serat yang sama secara bersamaan. Di akhir penerimaan, perangkat memeriksa status polarisasi setiap sinyal untuk melihat bagaimana itu diubah di sepanjang jalur kabel untuk memastikan bahwa sinyal tidak bercampur.

Dalam pekerjaan mereka, para peneliti fokus pada Curie Cable, kabel serat optik bawah laut yang membentang lebih dari 10.000 mil di sepanjang pantai timur Samudra Pasifik dari Los Angeles ke Valparaiso, Chili. (Meskipun Zhan mengatakan teknik ini dapat digunakan untuk beberapa ratus kabel bawah laut yang melintasi dunia.)

Di bumi, segala macam gangguan, seperti perubahan suhu dan bahkan petir, dapat mengubah polarisasi cahaya yang mengalir melalui kabel serat optik. Karena suhu di laut dalam tetap hampir konstan dan karena hanya ada sedikit gangguan, perubahan polarisasi dari satu ujung Kabel Curie ke ujung lainnya tetap cukup stabil dari waktu ke waktu, kata Zhan dan rekan-rekannya.

Namun, selama gempa bumi dan ketika badai menghasilkan gelombang laut yang besar, polarisasi berubah secara tiba-tiba dan dramatis, memungkinkan para peneliti untuk dengan mudah mengidentifikasi peristiwa tersebut dalam data.

Saat ini, ketika gempa bumi terjadi bermil-mil dari laut, dibutuhkan beberapa menit bagi gelombang seismik untuk mencapai seismometer terestrial dan terlebih lagi untuk memeriksa gelombang tsunami. Dengan menggunakan teknik baru, seluruh panjang kabel bawah laut berfungsi sebagai sensor tunggal di tempat yang sulit dipantau. Polarisasi seringkali dapat diukur 20 kali per detik. Artinya, jika gempa bumi melanda di dekat area tertentu, peringatan dapat dikirim ke area yang berpotensi terkena dampak dalam beberapa detik.

Selama sembilan bulan pengujian yang dilaporkan dalam studi baru (antara Desember 2019 dan September 2020), para peneliti mendeteksi sekitar 20 gempa bumi sedang hingga besar di sepanjang Curie Cable, termasuk gempa berkekuatan -7,7 yang terjadi di luar Jamaika pada 28 Januari 2020.

Meskipun tidak ada tsunami yang terdeteksi selama penelitian, para peneliti mampu mendeteksi perubahan polarisasi yang dihasilkan oleh gelombang laut yang berasal dari Samudra Selatan. Mereka percaya bahwa perubahan polarisasi yang diamati selama peristiwa ini disebabkan oleh perubahan tekanan di sepanjang dasar laut saat gelombang kuat melewati kabel. “Artinya, kami dapat mendeteksi gelombang laut, jadi masuk akal jika suatu hari kami dapat mendeteksi gelombang tsunami,” kata Zhan.

Zhan dan rekan-rekannya di Caltech saat ini sedang mengembangkan algoritma pembelajaran mesin yang dapat menentukan apakah perubahan polarisasi yang diamati dihasilkan oleh gempa bumi atau gelombang laut daripada perubahan sistem lainnya, seperti kapal atau kepiting yang menggerakkan kabel. Mereka berharap bahwa seluruh proses deteksi dan pemberitahuan dapat diotomatiskan untuk memberikan informasi penting selain data yang telah dikumpulkan oleh jaringan global seismometer terestrial dan pelampung dalam sistem Penilaian dan Pelaporan Tsunami Laut Dalam (DART)., Yang dioperasikan oleh Pusat Nasional Pelampung Administrasi Kelautan dan Atmosfer Nasional.

Referensi: “Sensasi seismik dan gelombang berdasarkan polarisasi optik pada kabel lintas samudra” oleh Zhongwen Zhan, Mattia Canton, Valey Kamalov, Antonio Mecozzi, Rafael Müller, Shuang Yin dan Jorge C. Castellanos, 26 Februari 2021, Ilmu.
DOI: 10.1126 / science.abe6648

Rekan penulis Zhan di atas kertas termasuk mahasiswa pascasarjana Caltech Jorge C. Castellanos (MS ’18); Penelusur Google Mattia Canton, Valey Kamalov, Rafael Muller dan Shuang Yin; dan Antonio Mecozzi dari Universitas L’Aquila di Italia.

Penelitian di Caltech didanai oleh Gordon and Betty Moore Foundation.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Diet junk food dapat meningkatkan risiko mengemudi berbahaya di antara pengemudi truk

Diet tidak sehat yang terkait dengan kelelahan yang lebih besar: Faktor kunci dalam peningkatan risiko kecelakaan, kata para peneliti. Pola makan yang tidak sehat dapat...

Fotosintesis buatan menjanjikan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan

Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan, berbicara, mendengarkan, melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki...

Es laut di pantai Arktik menipis secepat yang saya kira

Es Arktik yang menurun bisa dibilang salah satu korban terbesar perubahan iklim, dan dampaknya sangat luas, dari keadaan beruang kutub yang ikonik dan satwa...

Dinosaurus terbesar di Australia – “Titan Selatan” – baru saja memasuki buku rekor!

Kolaborasi Australia, "Titan Cooper Selatan." Penulis: Vlad Konstantinov, Scott Hoknul © Museum Sejarah Alam Eromanga Apa lapangan basket yang lebih tinggi dari b-double, dan...

Maju dengan roket SLS Moon raksasa, pertemuan dekat dengan Ganymede dan gerhana cincin api

Inti roket Space Launch System (SLS) seberat 188.000 pon telah naik ke peluncur bergerak, di antara dua pendorong roket padat. Kredit: NASA Bergerak maju...

Newsletter

Subscribe to stay updated.