Cáp quang là cách hiệu quả để phát hiện sóng thần
Một nhà nghiên cứu của Đại học Michigan cho biết, cáp quang nối dưới đáy đại dương có thể là giải pháp thay thế ít tốn kém hơn, toàn diện hơn cho các phao hiện tại vốn đóng vai trò là hệ thống cảnh báo sớm sóng thần.
Một hệ thống có tên gọi là DART, Đánh giá và Báo cáo Sóng thần dưới đại dương, bao gồm các phao chuyên dụng theo dõi sóng thần. Được giám sát bởi Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia, các phao tiêu tốn khoảng 500.000 USD để lắp đặt và 300.000 USD hàng năm để bảo trì. Ba mươi hai phao phát hiện nằm rải rác quanh chu vi Thái Bình Dương, mang lại chi phí bảo trì hàng triệu đô la mỗi năm—việc bảo trì tốn kém nhưng quan trọng.
Giờ đây, các nhà địa chấn học của UM tại Viện Công nghệ California đã sử dụng một kỹ thuật có tên gọi là cảm biến âm thanh phân tán, hay DAS, để khai thác một cách rẻ hơn, phổ biến hơn để theo dõi các thảm họa thiên nhiên: khoảng 1 triệu dặm cáp quang dây cáp xuyên qua đáy đại dương.
Các công ty viễn thông đã lắp đặt những sợi cáp quang này trong 30 năm qua và đã chi hàng trăm tỷ đô la để làm điều đó. Giờ đây, nhờ có quang tử tiên tiến và sức mạnh tính toán tuyệt vời, các nhà khoa học có thể biến cáp quang thành các mảng cảm biến siêu dày đặc, có độ chính xác cao.
Sóng thần là một loạt các đợt sóng lớn được gây ra bởi sự dịch chuyển đột ngột của nước biển, điển hình nhất là do chuyển động mặt đất đột ngột của đáy biển. Sóng thần có thể nhỏ hoặc có thể có sức tàn phá khủng khiếp, chẳng hạn như trận sóng thần ở Ấn Độ Dương năm 2004 khiến gần 228.000 người thiệt mạng.
Trong 5 năm trước, các nhà nghiên cứu đã lắp đặt các thiết bị dò tìm DAS ở các công ty viễn thông cáp quang ở Alaska, Nhật Bản, Tây Ban Nha và Hồ Ontario để nối vào cáp quang dưới nước. Sử dụng một trong những thiết bị được đặt ở Florence, Oregon, nhóm nghiên cứu đã có thể phát hiện một cơn sóng thần bắt nguồn từ một chuỗi đảo cách Nam Mỹ gần 1.300 dặm về phía đông.
Kỹ thuật DAS hoạt động bằng cách theo dõi các photon—các hạt ánh sáng—truyền qua cáp quang. Khi ánh sáng truyền theo dạng sóng qua dây cáp, một số photon bị khúc xạ trở lại điểm đầu của dây cáp. Các photon này bị khúc xạ ngược và tại một thời điểm nhất định, lượng ánh sáng quay trở lại thiết bị dò tìm tỷ lệ thuận với độ biến dạng dọc theo cáp.
Các nhà nghiên cứu ban đầu sử dụng những dây cáp này để phát hiện động đất. Động đất giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ trong một khoảng thời gian rất ngắn. Vậy liệu các dây cáp có thể phát hiện được chuyển động tinh tế của sóng thần hay không. Khoảng thời gian giữa đỉnh sóng trong một cơn sóng thần có thể cực kỳ dài—lên tới hàng chục phút và vài dặm giữa đỉnh sóng.
Các nhà nghiên cứu không chắc chắn đặc điểm nào của sóng thần gây ra sự thay đổi trong cáp quang. Biến dạng do áp suất gây ra từ lượng nước dư thừa trên đầu cáp có thể khiến các sợi bên trong chúng bị giãn ra, làm thay đổi cách khúc xạ của các photon. Nhiệt độ có thể gây ra sự thay đổi tương tự, vì vậy, cần nghiên cứu thêm để xác định chính xác các sợi cáp bị ảnh hưởng như thế nào.
Hệ thống DAS có thể cung cấp cho các công ty viễn thông một phương pháp thay thế để sử dụng cáp quang trong tương lai, khi các vệ tinh thay thế cáp như một tuyến cung cấp Internet chính. Các dây cáp này có thể được sử dụng để giám sát quân sự, theo dõi tàu thuyền, đo sóng nội bộ, theo dõi nhiệt độ đại dương và nghiên cứu về biến đổi khí hậu.