دراسة جديدة: استخدام كابلات الألياف الضوئية كنظام إنذار مبكر للزلازل البحرية

أحد أكبر التحديات التي تواجه أنظمة الإنذار المبكر بالزلازل هو عدم وجود محطات زلزالية تقع قبالة السواحل المكتظة بالسكان، حيث تقع بعض المناطق الأكثر نشاطا زلزاليا في العالم.

وفي دراسة جديدة نشرت في دورية "ذا سيزميك ريكورد"، أظهر الباحثون كيف يمكن تحويل كابلات الألياف الضوئية غير المستخدمة في الاتصالات السلكية واللاسلكية إلى أنظمة إنذار مبكر للزلازل البحرية.

الاستشعار الصوتي الموزع

استخدم جيوكسون يين -وهو باحث في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا- وزملاؤه 50 كيلومترًا من كابل اتصالات بحري يمتد بين الولايات المتحدة وتشيلي، وأخذوا عينات من البيانات السيزمية من 8960 قناة على طول الكابل لمدة 4 أيام.

واستخدم الباحثون التقنية التي تسمى الاستشعار الصوتي الموزع، والتي تعتمد على العيوب الداخلية الصغيرة في الألياف الضوئية الطويلة لتكون أجهزة استشعار زلزالية.

وحسب ما جاء في البيان الصحفي المنشور على موقع "فيز دوت أورغ"، فقد استخدم الباحثون بيانات الكابل لتحديد مواقع الزلازل وتقدير حجم زلزال بري واحد (بقوة 3.7 درجات) وزلزالين بحريين (بقوة 2.7 و3.3 درجات) خلال فترة الدراسة.

وتظهر نتائجهم أن استخدام مصفوفة واحدة للاستشعار الصوتي الموزع يوفر تحسنا تقريبيا لمدة 3 ثوانٍ في الإنذار المبكر بالزلزال مقارنة بـ"مصفوفات الاستشعار الصوتي الموزع" البرية.

وفي محاكاة أجراها الباحثون، وجدوا أنه عن طريق نشر مصفوفات استشعار صوتي موزع متعددة متباعدة بمسافة 50 كيلومترًا والعمل معًا في المنطقة، يمكنهم تحسين أوقات تنبيه نظام الإنذار المبكر بالزلازل في منطقة الاندساس بمقدار 5 ثوانٍ.

ارتفاع خطر الزلازل في تشيلي

والمنطقة البحرية من تشيلي تشبه منطقة كاسكاديا البحرية من كندا وشمال غرب المحيط الهادي للولايات المتحدة.

وتحتوي كلتا المنطقتين على منطقة اندساس نشطة، حيث تصطدم الصفائح التكتونية وتغرق إحدى الصفائح تحت الأخرى، مما يتسبب في بعض أكبر الزلازل وأكثرها تدميرا في التاريخ.

وحتى المنطقة قبالة شاطئ جنوب كاليفورنيا، استضافت عديدا من صدوع زلازل بقوة 6 درجات أو أكبر. وفي جميع هذه المناطق الساحلية ذات الكثافة السكانية العالية، يمكن للإنذار المبكر بالزلزال البحري أن يساعد في حماية الأرواح والممتلكات.

وقال يين إن "السبب الرئيس لاختيار هذا الكابل هو ارتفاع خطر الزلازل في تشيلي. وتشهد المنطقة زلازل بحرية متكررة و قد تأثرت بعديد من الزلازل الكبيرة التي بلغت قوتها 8 درجات في التاريخ، بما في ذلك أكبر زلزال تم تسجيله على الإطلاق عام 1960".

وأضاف أنه "نظرا للمخاطر الزلزالية العالية والآثار المدمرة المحتملة لزلزال كبير، هناك حاجة ملحة لنظام موثوق للإنذار المبكر بالزلازل البحرية في تشيلي".

الذكاء الاصطناعي للتعلم العميق

وفي الدراسة، استخدم الباحثون نموذج الذكاء الاصطناعي للتعلم العميق، الذي تم تدريبه والتحقق من صحته بناء على بيانات الزلازل وبيانات الاستشعار الصوتي الموزع السابقة، لالتقاط موجات الزلزال من بيانات هذا الكابل البحري.

وقال يين إن الباحثين بحاجة إلى مزيد من البيانات، خاصة من الزلازل ذات القوة الأكبر، لتطوير واختبار خوارزميات الإنذار المبكر بالزلازل بشكل فعال، بالإضافة إلى مزيد من المعلومات حول كيفية استجابة أدوات الاستشعار الصوتي الموزع قبل بناء نظام الإنذار المبكر بالزلازل في الوقت الحقيقي الذي يتكامل مع أطر نظم الإنذار الحالية.

وأشار إلى أن هناك كثيرا من الأماكن حول العالم لمواصلة هذا البحث، حيث إن "هناك أكثر من 1500 محطة توصيل للكابلات حول العالم"، وأضاف أن "التقدم في التكنولوجيا يسمح باستخدام الكابلات التشغيلية وإضافة أنظمة الاستشعار الصوتي الموزع من دون التأثير على نقل بيانات الاتصالات".