أحد أكبر التحديات التي تواجه أنظمة الإنذار المبكر بالزلازل (EEW) هو عدم وجود محطات زلزالية تقع قبالة سواحل السواحل المكتظة بالسكان، يمكنها توقع الزلازل في بعض المناطق الأكثر نشاطًا زلزاليًا في العالم.
في دراسة جديدة نشرت في The Seismic Record، أظهر الباحثون كيف يمكن تحويل كابلات الألياف الضوئية غير المستخدمة للاتصالات السلكية واللاسلكية إلى أنظمة إنذار مبكر بالزلازل في البحر.
استخدم جيوكسون يين، وهو باحث في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا يعمل حاليًا في SLB، وزملاؤه 50 كيلومترًا من كابل اتصالات بحري يمتد بين الولايات المتحدة وتشيلي، وأخذوا عينات من البيانات السيزمية من 8960 قناة على طول الكابل لمدة أربعة أيام.
تستخدم هذه التقنية، التي تسمى الاستشعار الصوتي الموزع أو DAS، العيوب الداخلية الصغيرة في الألياف الضوئية الطويلة مثل آلاف أجهزة الاستشعار الزلزالية.
استخدم يين وزملاؤه بيانات الكابل لتحديد مواقع وحجم زلزال واحد على الشاطئ (بقوة 3.7) وزلزالين بحريين (بقوة 2.7 و3.3) خلال فترة الدراسة.
اقرأ أيضًا.. أسرار جديدة عن زلزال تركيا وسوريا.. دراسة تكشف كيفية تشكل صدع شرق الأناضول
توقع الزلازل
تظهر نتائج البحث أن استخدام مصفوفة DAS البحرية المنفردة يوفر تحسنًا تقريبيًا لمدة ثلاث ثوانٍ في الإنذار المبكر بالزلزال مقارنة بمصفوفات DAS البرية.
في محاكاة أجراها الباحثون، وجدوا أنه من خلال نشر مصفوفات DAS متعددة متباعدة بمسافة 50 كيلومترًا والعمل معًا في المنطقة، يمكنهم تحسين أوقات تنبيه EEW في منطقة الاندساس بمقدار خمس ثوانٍ.
وقال يين: “على الرغم من أننا توقعنا بعض التحسينات بسبب وضع مجموعة DAS في الخارج، إلا أن مكاسب السرعة الفعلية كانت تتجاوز توقعاتنا الأولية”.
أضاف: “الميزة الرئيسية هي الموقع البحري للمصفوفة، مما يلغي الحاجة إلى انتظار وصول الموجات الزلزالية إلى المحطات الأرضية.”.
تشبه المنطقة البحرية في تشيلي تلك الموجودة في منطقة كاسكاديا البحرية في كندا وشمال غرب المحيط الهادئ في الولايات المتحدة.
تحتوي كلتا المنطقتين على منطقة اندساس نشطة، حيث تصطدم الصفائح التكتونية وتغرق إحدى الصفائح تحت الأخرى، مما يتسبب في بعض أكبر الزلازل وأكثرها تدميراً في التاريخ.
حتى قبالة سواحل جنوب كاليفورنيا، استضافت العديد من الصدوع 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.
وأوضح يين: “السبب الرئيسي لاختيار هذا الكابل هو ارتفاع مخاطر الزلازل في تشيلي، فالمنطقة تشهد زلازل بحرية متكررة وتأثرت بالعديد من الزلازل الكبيرة التي بلغت قوتها 8+ في التاريخ، بما في ذلك أكبر زلزال تم تسجيله على الإطلاق في عام 1960”.
أضاف: “نظرًا للمخاطر الزلزالية العالية والآثار المدمرة المحتملة لزلزال كبير، هناك حاجة ملحة لنظام موثوق للإنذار المبكر بالزلازل البحرية في تشيلي.”.
اقرأ أيضًا.. بعد زلزال اليوم.. هل ثمة علاقة بين هزات الأرض وتغيرات المناخ؟
توقع الزلازل والذكاء الاصطناعي
استخدم الباحثون نموذج الذكاء الاصطناعي للتعلم العميق، والذي تم تدريبه والتحقق من صحته بناءً على بيانات الزلازل وبيانات DAS السابقة، لالتقاط موجات الزلزال من بيانات DAS لهذا الكابل البحري.
وقال يين: “في حالة DAS تحديدًا، يكون حجم البيانات المجمعة كبيرًا. وبالنسبة للتطبيقات في الوقت الفعلي مثل EEW، توفر نماذج التعلم العميق المدربة مسبقًا خيارًا عالي الكفاءة والموثوقية”.
ومع ذلك، أشار يين إلى أن طرق رصد الزلازل التقليدية الأخرى لالتقاط الزلازل لا تزال فعالة في معالجة بيانات DAS بالأتمتة.
وقال يين إن الباحثين بحاجة إلى المزيد من البيانات، خاصة من الزلازل ذات القوة الأكبر، لتطوير واختبار خوارزميات EEW بشكل فعال، بالإضافة إلى مزيد من المعلومات حول كيفية استجابة أدوات DAS قبل بناء نظام EEW في الوقت الحقيقي الذي يتكامل مع أطر EEW الحالية.
وأشار إلى أن هناك الكثير من الأماكن حول العالم التي تصلح لمواصلة هذا البحث من أجل توقع الزلازل قبل وقوعها.
قال يين: “هناك أكثر من 1500 محطة توصيل للكابلات حول العالم، والتقدم في التكنولوجيا يسمح باستخدام الكابلات التشغيلية وإضافة أنظمة DAS دون التأثير على نقل بيانات [الاتصالات].”.
تابع: “نعتقد أن هذا يفتح مجموعة من الفرص البحثية المثيرة، ونحن حريصون على استكشافها في الدراسات المستقبلية. نحن نبحث عن تفاعلات وثيقة مع مالكي الكابلات والوكالات البيئية وصانعي السياسات لتوسيع نطاق DAS-EEW لصالح المجتمعات الساحلية”.
تابعنا على نبض