«Βροντο-σεισμοί»! Χρησιμοποιώντας έντονα ηχητικά κύματα που δημιουργούνται από βροντές, επιστήμονες δημιούργησαν χάρτες της αβαθούς γεωλογίας κάτω από ένα μεγάλο πανεπιστήμιο των ΗΠΑ.
Ο γεωφυσικός Tieyuan Zhu του Penn State και οι συνεργάτες του ανέλυσαν σεισμικά σήματα 2,5 ετών που ανιχνεύθηκαν από καλώδια οπτικών ινών κάτω από την πανεπιστημιούπολη University Park, συμπεριλαμβανομένων περισσότερων από 450 «βροντο-σεισμών». Στη συνέχεια, η ομάδα μετέτρεψε αυτά τα σήματα σε εικόνες της επιφανειακής γεωλογίας κάτω από την πανεπιστημιούπολη – εντοπίζοντας, μεταξύ άλλων κινδύνων, περιοχές πιθανών μελλοντικών καταβοθρών, όπως αναφέρει η ομάδα στις 21 Αυγούστου στο περιοδικό Science Advances.
Οι «σκοτεινές ίνες» ως σεισμικοί αισθητήρες
Τα καλώδια οπτικών ινών, τα οποία χρησιμοποιούνται για τις τηλεπικοινωνίες, εκτείνονται κάτω από περίπου 4 χιλιόμετρα του State College στην Πενσυλβάνια, θαμμένα σε βάθος περίπου ενός μέτρου. Όπως συμβαίνει με κάθε συστοιχία οπτικών ινών, δεν χρησιμοποιούνται πάντα όλες αυτές οι ίνες. Και κατά την τελευταία δεκαετία, οι επιστήμονες εξερευνούν τρόπους αξιοποίησης αυτών των ήδη τοποθετημένων «σκοτεινών ινών» ως σεισμικών αισθητήρων.
Πώς οι βροντές κινούν το έδαφος
Το 2019, μια ομάδα επιστημόνων του Penn State αποφάσισε να δοκιμάσει τη χρήση του δικτύου οπτικών ινών της πανεπιστημιούπολης για την ανίχνευση ηχητικών κυμάτων που παράγονται από βροντές. Αυτά τα κύματα ατμοσφαιρικής πίεσης διαδίδονται στον αέρα, αλλά μπορούν επίσης να μεταφέρουν ενέργεια στο έδαφος, προκαλώντας ελάχιστες μετακινήσεις του εδάφους. Αυτές οι σεισμικές μετατοπίσεις δεν μπορούν να γίνουν αισθητές από τους ανθρώπους, αλλά είναι ανιχνεύσιμες από τις πολύ ευαίσθητες ίνες. Οι ίνες ανταποκρίνονται στις σεισμικές δονήσεις με μια μικρή διαστολή, η οποία με τη σειρά της αυξάνει τον χρόνο μετακίνησης του φωτός μέσα από το καλώδιο – ένα ανιχνεύσιμο σήμα κίνησης του εδάφους που είναι ανάλογο με την εγγραφή ενός σεισμογράφου όταν καταγράφει έναν σεισμό.
Η μελέτη της ομάδας το 2019 απέδειξε ότι τα καλώδια μπορούν να ανιχνεύσουν σεισμικά κύματα που δημιουργούνται από βροντές. Τώρα όμως, οι ερευνητές πήγαν ένα βήμα παραπέρα, αποκαλύπτοντας ότι αυτοί οι «βροντο-σεισμοί» – όπως τα κλασικά σεισμικά σήματα – μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία εικόνων της υπόγειας γεωλογίας σε βάθος έως και περίπου 100 μέτρων.
Εντοπισμός ασταθών ζωνών και σπηλαίων
Το Penn State βρίσκεται πάνω σε ένα καρστικό τοπίο, γεμάτο με ασβεστολιθικά σπήλαια και ρήγματα. Οι νέες εικόνες αποκάλυψαν αρκετές προηγουμένως μη ανιχνεύσιμες ασταθείς ζώνες στον ασβεστόλιθο. Η ομάδα επιβεβαίωσε αυτά τα ευρήματα με στοιχεία από γεωτρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στο έδαφος, καθώς και με ενδείξεις επιφανειακής παραμόρφωσης που μετρήθηκαν από δορυφόρο.
Μια οικονομική μέθοδος με εφαρμογή και σε άλλους πλανήτες
Οι βροντο-σεισμοί μπορούν να κάνουν περισσότερα από το να εντοπίζουν απλώς υπογείους κινδύνους, αναφέρουν ο Zhu και οι συνεργάτες του. Επειδή οι καταιγίδες μπορούν να παράγουν τεράστια σήματα που καλύπτουν δεκάδες τετραγωνικά χιλιόμετρα ανά συμβάν, μπορούν δυνητικά να είναι φθηνότερες και ευκολότερες από τις παραδοσιακές σεισμικές έρευνες, ιδιαίτερα κάτω από πόλεις με υπάρχοντα δίκτυα καλωδίων οπτικών ινών.
Ο Zhu επισημαίνει ότι οι βροντο-σεισμοί θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν ακόμη και για σεισμικές μελέτες σε άλλους ουράνιους κόσμους, όπως στον Τιτάνα, ο οποίος φημίζεται για τις παρατεταμένες υπερ-καταιγίδες του.
