本文转载自Caltech News，由ChatGPT翻译，图片来源于网络

在2024QS世界大学排名中，加州理工学院荣获第15位

       在加利福尼亚，成千上万英里的光纤电缆纵横交错，为人们提供互联网服务。但是，这些地下电缆还有一个令人惊讶的次要功能：它们可以感知和测量地震。

       在加州理工学院的一项新研究中，科学家们利用一段光纤电缆来测量一个6级地震的复杂细节，精确定位了导致断层破裂的四个“卡住”区域，也就是故障带上的局部区域。

（2015年的电影《末日崩塌》虚构了一场发生在加州的9.6级地震，其英文片名正是贯穿美国加利福尼亚西南部的圣安地列斯断层SanAndreas Fault，地球表面最长最活跃的断层之一）

       数年来，地球物理学教授Zhongwen Zhan（2014年博士）及其团队一直致力于证明重新利用光纤电缆是一种简单的方法，通过在分布式声学传感中创建密集的临时地震仪网络，大幅扩展我们测量地震活动能力。

       这项发表在《自然》杂志上的新研究（《通过分布式声学传感成像地震断层卡住区域的破裂》，“The break of earthquake asperities imaged by distributed acoustic sensing”）仅利用了一段100公里的电缆，准确地了解了2021年某次地震背后的复杂力学机制，表明获得更多电缆将有助于改进对地震物理学的理解，并最终改进地震预警系统。

（用光纤测量地震的研究示意图）

       Zhan教授表示：“如果我们能够获得更广泛的覆盖范围来测量地震活动，我们可以彻底改变我们研究地震的方式，并提供更先进的预警。虽然我们无法预测地震，但分布式声学传感将带来对地震断裂底层细节的更好理解。”

       南加利福尼亚大约有500个地震仪分布在大约56,500平方英里的区域内，而每个地震仪的成本高达50,000美元。另一方面，利用遍布整个加利福尼亚州的光纤电缆相当于覆盖了数百万个地震仪。

（加州是个地质运动活跃的地区，有大量的地震监测设备）

       要将光纤电缆用作地震仪，激光发射器被安置在电缆的一端，通过组成电缆芯的长而细的玻璃纤维束向外发射光束。玻璃纤维具有微小的瑕疵，会将光线的极小部分反射回源头，并在那里记录下来。

       通过这种方式，每个瑕疵都充当了光纤电缆上可追踪的航点，而光纤电缆通常埋在接近地面以下的位置。地震波通过地面传播时，会使电缆轻微摆动，从而改变了光线到达和从这些航点返回的时间。

       因此，沿着电缆长度的瑕疵就像成千上万个独立的地震仪，使地震学家能够观测地震波的运动。

（光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维。通过“光的全反射”原理实现数据传输，目前应用非常广泛）

       在这项新研究中，研究团队调查了位于东部内华达山脉的一段光纤电缆中传播的光信号，该电缆位于2021年Antelope Valley地震的震中区域。

       这段电缆相当于1万个地震仪，能够发现M6地震由四次较小的破裂序列组成。这些所谓的“子事件”，就像是小型地震，无法通过传统的地震网络检测到。

       在与机械工程和地球物理学的劳伦斯·A·汉森（Junior）教授Nadia Lapusta实验室的合作下，研究团队能够根据测得的地震活动创建一个准确的M6地震模型。该模型显示了四个子事件的时间，并准确定位它们在断层区域上的精确位置。

（中国科学技术大学也做过相似的研究，已成功监测到一些国内外地震）

       Zhan教授表示：“利用光纤电缆作为一系列地震仪揭示了地震物理学中长期存在的假设但难以成像的方面。

       打个比方，想象一下你的日常后院望远镜。你可以看到木星，但可能看不到它的卫星或任何细节。而用一台非常强大的望远镜，你可以看到行星和卫星表面的细节。我们的技术就像地震的一台强大望远镜。”

（前几天山东平原地震，周边城市的部分手机收到了地震预警。也许我们最终也无法战胜地震，但各种预警方式的发展总会带来更多希望。）