Сейсмологи два года записывали раскаты грома на оптоволокно под землей
Грозы могут служить источником волн для сейсмической томографии там, где не бывает землетрясений, доказал эксперимент, 2,5 года проводившийся в Университете штата Пенсильвания. Его результаты обнародовал журнал Science Advances.
Исследователи проверяли, насколько хорошо улавливает раскаты грома, звучащие в облаках, распределенное акустическое зондирование (DAS) — оптоволоконные кабели, работающие в качестве акустических датчиков.
«Гром порождает атмосферные акустические волны, которые проникают в землю и вызывают сейсмические сигналы. Мы впервые успешно применили громоземлетрясения для сейсмической томографии — причем не только подтвердили саму возможность, но и показали, что DAS может быть новым способом наблюдения взаимодействия атмосферы и твердой Земли. Сейсмическая томография важна, потому что помогает "увидеть", что происходит под поверхностью. С ее помощью можно оценивать такие геологические опасности, как карстовые провалы или оползни, изучать запасы грунтовых вод и полезных ископаемых, а также исследовать вулканы и магматические очаги. Только томография дает данные о строении недр, которые невозможно получить непосредственно», — пояснил геофизик Тьеюань Чжу, руководивший исследованием.
Эксперимент под кампусом
В ходе эксперимента лазерный луч направили в проложенный под кампусом университета оптоволоконный кабель связи длиной около 4 км и с 2019 по 2021 годы фиксировали изменения фазы обратно рассеянного света, возникающие из-за вызванных сейсмическими волнами микродеформаций волокна.
Проанализировано 458 волн от ударов грома, построены модели скорости их распространения до глубины 100 метров. Выявлены четыре зоны замедления — по всей вероятности, карстовые трещины.
По словам ведущего автора исследования Нолана Рота из Университета штата Огайо, для которого эта работа стала темой докторской, попытки использовать гром для сейсмической томографии предпринимались и раньше, но они были затруднены из-за сложности процесса.
«Без сверхвысокого разрешения наблюдений очень трудно разобраться в том, что происходит в момент, когда гром достигает земли. DAS же позволяет нам регистрировать сотни отсчетов каждую секунду через каждые несколько метров вдоль кабеля. Это дало нам возможность в мельчайших деталях проследить переход от атмосферного акустического источника к сейсмическому сигналу — то, что никто до нас не мог сделать при изучении грома», — подчеркнул он.
На Земле и других планетах
По мнению исследователей, более глубокое понимание связи между атмосферой и твердой Землей открывает новые возможности для изучения взаимодействия поверхности планеты с воздушной оболочкой.
«Понимание этого сопряжения позволит ученым из разных областей — геологии и метеорологии — находить ответы на общие вопросы. Наблюдения взаимодействия атмосферы с поверхностью будут полезны и при исследовании других планет. Сейсмические процессы на других планетах и спутниках пока изучены плохо, и наличие альтернативного источника для сейсмической томографии может весьма пригодиться», — сказал Рот.
Будет ли применяться эта технология за пределами родной планеты и когда — загадывать пока рано. На Земле же она может приносить результаты везде, где не бывает подземных толчков и гремят грозы, уверены авторы.
