Os sisma³logos da Caltech, trabalhando com especialistas em a³ptica do Google, desenvolveram um manãtodo para usar os cabos de telecomunicações subaqua¡ticos existentes para detectar terremotos. A técnica pode melhorar os sistemas de alerta de terremotos e tsunamis em todo o mundo.

Uma vasta rede de mais de um milha£o de quila´metros de cabos de fibra a³ptica encontra-se no fundo dos oceanos da Terra. Na década de 1980, empresas de telecomunicações e governos começam a instalar esses cabos, cada um dos quais pode abranger milhares de quila´metros. Hoje, a rede global éconsiderada a espinha dorsal das telecomunicações internacionais.

Os cientistas hámuito procuram uma maneira de usar esses cabos submersos para monitorar a sismicidade. Afinal, mais de 70% do globo écoberto por águae éextremamente difa­cil e caro instalar, monitorar e operar sisma´metros subaqua¡ticos para rastrear os movimentos da Terra no fundo do mar. O ideal, dizem os pesquisadores, émonitorar a sismicidade fazendo uso da infraestrutura já instalada ao longo do fundo do oceano .

Esfora§os anteriores para usar fibras a³pticas para estudar a sismicidade basearam-se na adição de instrumentos cienta­ficos sofisticados e / ou no uso das chamadas "fibras escuras", cabos de fibra a³ptica que não estãosendo usados ​​ativamente.

Agora Zhongwen Zhan (Ph.D. '13), professor assistente de geofa­sica na Caltech, e seus colegas descobriram uma maneira de analisar a luz que viaja atravanãs de fibras "iluminadas" - em outras palavras, cabos submarinos existentes e funcionando - para detectar terremotos e ondas do mar sem a necessidade de qualquer equipamento adicional. Eles descrevem o novo manãtodo na edição de 26 de fevereiro da revista Science .

“Esta nova técnica pode realmente converter a maioria dos cabos submarinos em sensores geofa­sicos com milhares de quila´metros de extensão para detectar terremotos e possivelmente tsunamis no futuro”, diz Zhan. "Acreditamos que esta seja a primeira solução para monitorar a sismicidade no fundo do oceano que poderia ser implementada em todo o mundo. Poderia complementar a rede existente de sisma´metros baseados em terra e ba³ias de monitoramento de tsunamis para tornar a detecção de terremotos e tsunamis submarinos muito mais rápido em muitos casos. "

As redes de cabo funcionam por meio do uso de lasers que enviam pulsos de informação atravanãs de fibras de vidro agrupadas dentro dos cabos para entregar dados a taxas superiores a 200.000 quila´metros por segundo para receptores na outra extremidade. Para otimizar o uso dos cabos - isto anã, transferir o ma¡ximo de informações possí­vel entre eles - uma das coisas que os operadores monitoram éa polarização da luz que viaja dentro das fibras. Como outra luz que passa por um filtro polarizador, a luz laser épolarizada - ou seja, seu campo elanãtrico oscila em apenas uma direção, em vez de em qualquer direção. O controle da direção do campo elanãtrico pode permitir que vários sinais viajem pela mesma fibra simultaneamente. Na ponta receptora,

Em seu trabalho, os pesquisadores se concentraram no Curie Cable, um cabo de fibra a³ptica submarino que se estende por mais de 10.000 quila´metros ao longo da borda leste do Oceano Paca­fico de Los Angeles a Valparaa­so, no Chile. (Embora Zhan diga que a técnica pode ser usada em muitas das centenas de cabos submarinos que cruzam o globo.)

Em terra, todos os tipos de distúrbios, comomudanças de temperatura e atémesmo rela¢mpagos, podem alterar a polarização da luz que viaja pelos cabos de fibra a³ptica. Como a temperatura no fundo do oceano permanece quase constante e como hátão poucos distúrbios la¡, a mudança na polarização de uma extremidade do cabo Curie para a outra permanece bastante esta¡vel ao longo do tempo, descobriram Zhan e seus colegas.

No entanto, durante os terremotos e quando as tempestades produzem grandes ondas do oceano, a polarização muda repentina e dramaticamente, permitindo aos pesquisadores identificar facilmente tais eventos nos dados.

Atualmente, quando os terremotos ocorrem a quila´metros da costa, pode levar minutos para que as ondas sa­smicas atinjam os sisma´metros terrestres e ainda mais para que as ondas de tsunami sejam verificadas. Usando a nova técnica, todo o comprimento de um cabo submarino atua como um aºnico sensor em um local difa­cil de monitorar. A polarização pode ser medida até20 vezes por segundo. Isso significa que, se um terremoto ocorrer perto de uma área especa­fica, um aviso pode ser enviado a s áreas potencialmente afetadas em questãode segundos.

Durante os nove meses de testes relatado no novo estudo (entre dezembro 2019 e setembro de 2020), os pesquisadores detectaram cerca de 20 terremotos moderados a grande ao longo do cabo Curie, incluindo o de magnitude 7,7 terremoto que ocorreu fora da Jamaica em janeiro 28, 2020.

Embora nenhum tsunamis tenha sido detectado durante o estudo, os pesquisadores foram capazes de detectarmudanças na polarização produzidas por ondas que se originaram no Oceano Anta¡rtico. Eles acreditam que asmudanças na polarização observadas durante esses eventos foram causadas pormudanças de pressão ao longo do fundo do mar a  medida que ondas poderosas passavam pelo cabo. “Isso significa que podemos detectar as ondas do mar, então éplausa­vel que um dia seremos capazes de detectar as ondas do tsunami”, diz Zhan.

Zhan e seus colegas da Caltech estãoagora desenvolvendo um algoritmo de aprendizado de ma¡quina que seria capaz de determinar se asmudanças detectadas na polarização são produzidas por terremotos ou ondas do mar, em vez de alguma outra mudança no sistema, como um navio ou caranguejo movendo o cabo . Eles esperam que todo o processo de detecção e notificação possa ser automatizado para fornecer informações cra­ticas, além dos dados já coletados pela rede global de sisma´metros baseados em terra e as ba³ias no sistema de Avaliação e Relata³rio de Tsunamis (DART) do oceano profundo , operado pelo National Oceanic and Atmospheric Administration's National Data Buoy Center.

O novo artigo da Science éintitulado "Sensor de ondas sa­smicas e de águacom base em polarização a³ptica em cabos transoceânicos".