このカリフォルニア工科大学の研究者は、地震を検出するためにパサデナの地下ブロードバンドに注目しました

36 歳の Zhongwen Zhan さんは、人生の分岐点の瞬間を文字通り地球を揺るがす出来事に遡ることができます。

マグニチュード9.1の地震がインド洋の海底を破壊し、大津波が発生し23万人が死亡したとき、彼は中国の学部生だった。 2004年12月26日のことだった。

「地球科学に興味があることは分かっていましたが、数日以内にあの地震の研究に地域社会全体がどのように動員され、どのようにして多くのことを学ぶことができたのかを見たとき、これほど多くの情報を収集する科学者の能力に驚きました」実際に現場に行かなくても、センサーを使用するだけでデータを取得して、より多くのことを学び、人々を助けることができます」とザン氏は言いました。 「それを見るのはとても興味深かったです。」

その魅力に惹かれてザン氏はカリフォルニア工科大学に進学し、2014 年に地球物理学の博士号を取得し、現在はそこで地球物理学を教えています。

今週、ザン氏とメンバー4人のチームは学術誌ネイチャーに研究論文を発表し、パサデナの地下光ファイバーケーブルに便乗してより高い解像度で地震を検出し、地震の複雑な詳細を解析することに成功したと報告した。

Zhan氏らは、DAS（分散音響センシング）を使用して光ファイバーケーブルの一部を研究した。 研究チームは、レーザーエミッターを使用してケーブルを通して光を照射しました。ケーブルには数メートルごとに小さな欠陥があり、光の一部が光源に反射されます。 このアレイは個別の地震計として機能し、地震科学者に地震波の動きの詳細を提供します。

2021 年にマグニチュード 6 の地震がアンテロープバレーを揺るがしたときに、チームがエミッターを適切な位置に設置していたのは幸運でした。彼らは、ケーブルの 100 キロメートルのセクションを伝わる光の痕跡を検査して、地震の位置を正確にプロットし、位置を特定することができました。従来の地震観測網では検出できなかった4つの小さな破壊が連続して発生した。

世界中の何百万マイルもの光ファイバーケーブルを即席の地震計の高密度ネットワークに再利用するという刺激的な可能性により、科学者の地震物理学への理解が深まり、最終的にはより優れた地震早期警報システムが実現できる可能性があります。

「光ファイバーケーブルを一連の地震計として使用すると、長い間仮説が立てられてきたが、画像化することが困難だった地震物理学の側面が明らかになります」とザン氏は述べた。 「理解が深まれば、地震への備えや地震の種類についての知識が大いに役立ち、地震を捉える可能性が高まります。」

Zhan Group はこの研究に約 4 年を費やしました。 その中には筆頭著者の Jiaxuan Li 氏も含まれます。 ナディア・ラプスタ、カリフォルニア工科大学機械工学および地球物理学教授。 大学院生のテアホ・キム氏と科学者のエットーレ・ビオンディ氏。 国立科学財団が研究費用を支払いました。

ザン氏によると、光ファイバーを使用して環境を感知するというアイデアは、光ファイバーが始まった70年代から80年代に生まれたという。

「人々は、環境の混乱がコミュニケーションに問題を引き起こす可能性があることにすぐに気づきました」と彼は付け加えた。 「ということはセンシングも可能ということですね。 ここでの新しいことは、このテクノロジーを地震の研究に使用することです。 地震学者は常に、地震を研究するためのより優れた、より多くのセンサーを望んでおり、通信ケーブルを使用したファイバー センシングはまさに最適です。」

カリフォルニア工科大学地震研究所所長のマイク・ガーニス氏は、ザン氏の研究は地震研究所の優先事項の重要な柱であると述べた。

「私たちは、教員とのさまざまな研究プロジェクトを通じて、その種の信号を従来の高密度ブロードバンド地震ネットワークに統合しようとしている唯一の地域ネットワークかもしれません」とガーニス氏は、昨年11月に研究室の100周年を祝うキャンパス記事で述べた。

ザン氏は、1920 年代から 30 年代に現代の地震地震学が誕生したカリフォルニア工科大学で辿っている地震学の足跡を念頭に置いています。 ヒューゴ ベニオフが地震波を検出するための機器を発明し、チャールズ リヒターとベン グーテンベルクが協力して、地震の規模を測定するためのリヒター スケールとして知られるようになったのはこの時でした。 今日のタイムラインに近いところでは、地震学者のルーシー・ジョーンズがカリフォルニア工科大学で地球物理学の客員助手を務め続けています。