密歇根大學的一位研究人員說，排列海底的光纜可以提供一種更便宜、更全面的替代目前作為海嘯的早期預警系統的浮標。

一個叫做DART（深海海嘯評估和報告系統）的系統，是由監測海嘯的專門浮標組成的。在美國國家海洋和大氣管理局的監督下，這些浮標的安裝成本約為50萬美元，每年還有30萬美元的維護成本。32個探測浮標點綴在太平洋的周邊，每年產生數百萬美元的維護——昂貴但至關重要。

現在，密歇根大學的地震學家扎克·斯pica和他的同事使用了一種被稱為分布式聲學傳感或DAS的技術，來利用一種更便宜、更普遍的方式來關注自然災害：大約100萬英里的在海底交錯的光纜。

海底光纜位置示意

密歇根大學地球和環境科學助理教授Spica說：“電信公司一直在鋪設這些光纜，并為此花費了數千億美元。”“現在，多虧了先進的光學和強大的計算能力，我們可以將光纜變成超密集、高保真的傳感器陣列。”

海嘯是由海水突然位移引起的一系列大浪，最典型的是由海底的海底表面突然運動引起的。海嘯可能是很小的，也可能是毀滅性的，比如2004年的印度洋海嘯，造成近22.8萬人死亡。

在發表在《地球物理研究快報》上的一項研究中，Spica和他的同事表明，光纜可以用作早期海嘯預警系統。

他說：“不像突然發生的地震，即使存在一些早期預警系統，海嘯通常需要更多的時間來建立并到達海岸。”“這意味著早期預警系統對海嘯更為有效。然而，很難做到的是在海嘯到達海岸之前評估它的大小。因此，需要海上儀器，這既昂貴和難以維護。”

在過去的五年里，Spica和他的同事研究人員在阿拉斯加、日本、西班牙和安大略湖的光纖電信公司安裝了DAS詢問器，利用水下光纜。利用放置在俄勒岡州佛羅倫薩的其中一種設備，該研究小組能夠探測到來自南美洲頂端以東近1300英里的一個島鏈的海嘯。

“這是桑威奇群島的一次大地震，引發了一場大海嘯。它甚至和我們探測到的電纜和設備都不在同一個海洋里。”“當海嘯到達俄勒岡州和阿拉斯加時，它的海浪只有幾厘米，并沒有造成任何損失。”

DAS技術的工作原理是監測通過光纜傳輸的光子--光粒子。當光以波的形式穿過光纜時，一些光子被折射回到光纜的起點。這些光子被向后折射，在給定的時間內，返回到詢問器的光量與沿電纜的變形成正比。

研究人員最初使用這些光纜來探測地震。地震會在很短的時間內釋放出大量的能量。斯派卡說，最大的問題是，這些光纜能否探測到更微妙的海嘯運動。海嘯中波峰之間的時間可能非常長——波峰之間可達幾十分鐘和幾英里。

斯派卡說：“地震通常有更高的能量，震動非常快，而海嘯的海浪則非常寬。”“所以問題是，我們能用這些技術來監測非常長周期的波嗎？”

研究人員還不確定海嘯的什么特征會導致光纜的變化。由光纜頂部額外的水引起的壓力誘導變形可能會導致光纜內部的光纖拉伸，從而改變光子的折射方式。溫度可能會引起類似的變化，但Spica說，需要更多的研究來確定光纖是如何受到影響的。

DAS系統可以為電信公司提供一種在未來使用光纜的替代方式，因為衛星將取代光纜作為傳輸互聯網的主要途徑。Spica說，這些光纜可以用于軍事監視、船只跟蹤、測量內部波浪、跟蹤海洋溫度和進行氣候變化的研究。

Spica說：“這些電信公司已經聽說了這種傳感技術，但現在還為時過早。”“但如果我們認為規模大，如果我們認為未來15年規模大，他們可能應該嘗試對自己的基礎設施進行再投資。”

這項研究建立在Spica之前的研究基礎上，該研究旨在確定光纖是否可以探測到地震中的地面運動。接下來，Spica說，需要開發一些軟件來實時記錄從光纜探測海嘯的信息。

審核編輯：黃飛

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