I sismologi di Caltech stanno utilizzando cavi in ​​fibra ottica per monitorare e registrare le scosse di assestamento della sequenza del terremoto di Ridgecrest del 2019 in modo più dettagliato di quanto fosse possibile in precedenza. Migliaia di piccole scosse di assestamento si verificano ogni giorno in tutta la regione, un numero senza precedenti dei quali sarà ora in grado di essere monitorato e studiato.

La tecnica nascente prevede di sparare un raggio di luce in un "buio, "o inutilizzato, cavo in fibra ottica. Quando il raggio colpisce piccole imperfezioni nel cavo, una minuscola porzione di luce viene riflessa e registrata.

In questo modo, ogni imperfezione funge da waypoint tracciabile lungo il cavo in fibra ottica, che è tipicamente sepolto diversi piedi sotto la superficie terrestre. Le onde sismiche che si muovono attraverso il terreno fanno sì che il cavo si espanda e si contragga minuziosamente, che cambia il tempo di viaggio della luce da e verso questi waypoint. Monitorando questi cambiamenti, i sismologi possono osservare il movimento delle onde sismiche.

"Queste imperfezioni si verificano abbastanza frequentemente che ogni pochi metri di fibra si comportano come un singolo sismometro. Per i 50 chilometri di cavo in fibra ottica in tre diverse posizioni che abbiamo sfruttato per il progetto, è più o meno come schierare più di 6, 000 sismometri nell'area, "dice Zhongwen Zhan, professore assistente di geofisica, chi guida lo sforzo.

Il progetto è stato lanciato pochi giorni dopo i due grandi terremoti che hanno colpito l'area di Ridgecrest. Zhan ha chiamato in giro, alla ricerca di un cavo in fibra ottica inutilizzato che sia sufficientemente lungo e abbastanza vicino alla regione sismicamente attiva da essere utile. Infine, il direttore dell'aeroporto di Inyokern, Scott Seymour (che aveva anche offerto l'uso della rete in fibra intorno all'aeroporto), ha collegato Zhan con Michael Ort, l'amministratore delegato del progetto Digital 395 della California Broadband Cooperative. Il progetto mira a costruire una nuova rete in fibra di 583 miglia che segue principalmente la US Route 395, che corre da nord a sud lungo il versante orientale della Sierra Nevada, passando vicino a Ridgecrest.

Digital 395 ha offerto a Zhan di utilizzare tre segmenti del suo cavo in fibra ottica:10 chilometri da Ridgecrest a ovest, e due sezioni sia a nord che a sud di Olancha, nei pressi della quale si è verificata un'intensa attività sismica innescata dal sisma M7.1. "I terremoti del 4-5 luglio hanno creato una rottura lunga 50 chilometri che ha innescato scosse di assestamento in regioni separate che potremo studiare, " dice Zhan. Nel frattempo, gli strumenti di rilevamento che Zhan ha collegato al cavo in fibra ottica per il progetto sono stati forniti dai produttori OptaSense e Silixa.

La squadra di Zhan si è anche schierata più a sud presso il Goldstone Deep Space Communications Complex, una struttura della NASA gestita dal JPL. (JPL è gestito da Caltech per la NASA.) Il sito, che è vicino a Fort Irwin, ospita una rete in fibra oscura che Zhan ha utilizzato in precedenza per testare la tecnologia di monitoraggio sismico in fibra ottica. "Dista solo circa 70 chilometri da Ridgecrest, quindi questo sarebbe un buon momento per tornare indietro, " lui dice.

Subito dopo il terremoto, l'USGS ha anche distribuito sismometri temporanei intorno a Ridgecrest per monitorare le scosse di assestamento. Zhan dice che il suo sistema in fibra ottica completerà invece di duplicare questo sforzo. I sismometri temporanei sono in grado di coprire un'area più ampia ma producono letture più sparse, lui dice. Tendono anche ad essere alimentati a batteria e non collegati in rete, il che significa che i dati che registrano non saranno disponibili fino a quando le batterie non si scaricano e non vengono recuperate, mentre una parte dei dati del sistema in fibra ottica di Zhan sarà immediatamente disponibile.

Sebbene il monitoraggio sismico di Ridgecrest sarà temporaneo, Zhan e i suoi colleghi sperano di stabilire sistemi simili in modo permanente nelle città chiave della California meridionale. Questo lavoro è iniziato con un progetto pilota nel 2018 che ha coinvolto il Caltech Sismological Laboratory e la città di Pasadena per utilizzare una parte della fibra oscura della città per monitorare i terremoti nell'area.

"La combinazione dell'array in fibra di Pasadena e delle implementazioni di Ridgecrest ha fornito due importanti primati scientifici:l'array di Pasadena è il primo esempio di un sistema di monitoraggio permanente dei terremoti che utilizza fibre ottiche, mentre gli schieramenti di Ridgecrest, anche un primo nel monitoraggio dei terremoti, dacci un assaggio di ciò che potremmo vedere se fossimo in grado di illuminare continuamente la fibra scura in tutta la California meridionale, "dice Michael Gurnis, John E. e Hazel S. Smits Professore di Geofisica e direttore del Caltech Sismological Laboratory. "Ci permettono di osservare e capire come le onde sismiche riverberano attraverso le nostre complesse montagne e bacini a seguito di un grande terremoto".

Le informazioni raccolte dalla rete in fibra di Ridgecrest aiuteranno i sismologi a saperne di più su come le sequenze dei terremoti decadono e migrano attraverso la terra, e offrirà maggiori dettagli su come le onde sismiche si muovono nella regione intorno a Ridgecrest.

L'elaborazione del grande volume di dati che il sistema in fibra ottica sta raccogliendo richiederà mesi, anche utilizzando sistemi automatizzati, dice Zanna, che stima che la sua squadra riceverà nell'ordine da 10 a 20 terabyte di dati nei prossimi mesi.

"Questo ci terrà occupati per un po', ma alla fine, avremo un quadro più chiaro di come si è evoluta questa sequenza di quanto sarebbe altrimenti possibile, " dice Zhan.