原来光纤不只能承载网络流量，还能监测地震

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撰文 | 萨乌加特·博拉克赫（Saugat Bolakhe）

翻译 | 曾欣欣

承载全球互联网流量的光纤，如今也能听到地球的脉动。与传统地震监测网相比，它们能捕捉到更细致的地震波信息。

近期在《科学》（Science）杂志上发表的一项研究中，研究人员利用美国加利福尼亚州门多西诺附近一段15千米长的电信光缆，记录到了该地区五年来最强的一次地震。他们捕捉到了这次7级地震破裂如何开始、减速又再度加速，直至最终突破声速的全过程。

美国加州理工学院地质学家詹中文（Zhongwen Zhan，未参与此项研究）说道：“这感觉就像你原本以为土星只是颗普通的星星。但当你用一架新望远镜观察，会突然惊呼：‘天啊，它周围居然有光环！’”

光纤作为现代科学最卓越的发明之一，其设计初衷是高效传输编码信息的光信号。哪怕是轻微地触碰或弯曲都可能干扰信号传输，因此电信公司竭力将环境干扰降至最低。詹中文说：“对通信来说是‘噪声’的东西，对我们地震研究而言却是宝贵的‘数据’。”

上世纪90年代，石油行业率先采用该技术，铺设专用光缆监测钻井时的温度、压力和振动。美国地质调查局的地震学家詹姆斯·阿特霍尔特（James Atterholt）希望用它们来观测地震。2022年5月，阿特霍尔特和他的团队架设了一个名为“询问器”（interrogator）的设备，他解释道：“这基本上就是一个装有激光器和计算机的大盒子。”它会向沿海电话光缆中闲置的光纤发送光束。光纤中每隔数米存在一处微小瑕疵，它们能根据地壳振动情况反射光信号，让这段光缆化身成2800个微型地震仪。

2024年12月5日，当地震袭击门多西诺角时，阿特尔霍特的团队仍在监测该光纤系统。数据清晰显示，断层破裂起初向东延伸，接着在三大构造板块交汇处附近减速，随后猛然加速至“超剪切”速度，由于破裂速度超越声速而产生了音爆。研究人员表示，这是目前关于“复杂断层结构能导致超剪切破裂”最明确的证据之一。若想通过现有地震仪网络获取同等数据量，不仅需要的地震规模更大，而且还需要震源基本位于仪器正下方。

尽管该技术问世已久，“成功探测一场真实的地震终于证明，它能切实提升地震预警系统的能力，”美国华盛顿大学地球物理学家布拉德·利波夫斯基（Brad Lipovsky，未参与这项研究）表示。对于易受近海地震和海啸威胁的沿海城市，此类系统尤为重要。利波夫斯基和詹中文都指出，该技术在极端环境（如南极）也大有可为，专用光缆可监测地形变化及冰川对气候变化的响应。