海底的光纖電䌫,能探測地震?

A+A-

地球雖名為地球,實際上地球更像個水球,因其大部分都被水覆蓋。地震「深不可測」,其一原因是許多地震發生在海底之下,除了預測,連探「測」也不容易。海底中只有少量的感應器。這意味著許多小型的地震發生了不為人知,因它們的震動太輕微,陸上的感應器探測不了。

光纖電纜和測量地震看似「大纜都扯唔埋」。但早前發表在「科學(Science)」期刊上的一篇論文中,英國國家物理實驗室(Britain’s National Physical Laboratory,NPL)Giuseppe Marra 等研究員提出利用海底光纖電纜幫助測量地震,讓光纖除了能傳送訊息,還能接收來自海底的另類訊息

NPL 致力研究計量科學,它通過光纖電纜與歐洲其他實驗室相連,包括同步原子鐘測量。這些電纜通常在道路下面運作,地面交通所造成的震動,會將「噪音」引入到線路中,干擾測量,必須不斷移除這些測量雜訊。

但 Marra 等研究作者,則建議使用其他種類的噪音來檢測地震。原理是通過電纜中的光纖發射出高質量的激光光束,光束通過光纖電纜到達另一端,再沿著同一條電纜返回,形成環路。來自附近地震的地震波會使電纜輕微變形,這使返回的光線與激光發出的光線產生些微的「相位差」。所涉及的差異很小,是幾千公里長電纜中的百萬分之一米,測量它們需要能夠區分達「飛秒」(千萬億分之一秒)程度的精細設備。

事實證明,這構思的確奏效。例如在 2016 年,NPL 成功探測一場 6 級地震,這次地震波及意大利中部,在 NPL 倫敦的總部與數據中心之間長達 79 公里的光纖電纜中,所錄得的「噪音」使他們也能測量出地震。2017 年一次水底試驗則使用了馬耳他和西西里島之間 96 公里的電纜,它檢測到 3.4 級的震動,震央距電纜最近點 89 公里。

海底電纜的優點是它們的雜訊較少。西西里島 — 馬耳他電纜的背景雜訊,為陸地電纜中的 5 分之 1 到 8 分之 1。研究作者還沒有在跨洋電纜上測試他們的系統,但他們期望跨洋電纜中背景雜訊會更細微,使他們能發現今日聞所未聞的各種地震,成為地質學家的福音。例如,在大西洋中脊有數十根光纖電纜,那裡就是歐亞板塊和非洲板塊遠離南北美洲板塊的地方,過程中形成了新地殼,地質學家或能加深這方面的認識。

這項構思也能有其他用途。原則上,該系統可以追蹤任何聲音源,從海豚和鯨魚等動物的遷徙,到石油和天然氣勘探中使用的氣槍等。如果這些通信電纜可以用來探測覆蓋地球 70% 的水中情況,服務互聯網的光纖電纜,還能成為捕捉全球海底資訊的羅網。