Sismologia à velocidade da luz: como a fibra

16 de junho de 2023

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por Meghan S. Miller, John Townend e Voon Hui Lai, The Conversation

Aotearoa Nova Zelândia sofre terremotos frequentes, incluindo alguns destrutivos, como os que atingiram Christchurch em 2010 e 2011, e perto de Kaikōura em 2018.

Na Ilha do Sul, o maior risco sísmico é a Falha Alpina de 600 km, que percorre toda a extensão dos Alpes do Sul e define a fronteira entre as placas tectónicas da Austrália e do Pacífico.

Uma pesquisa geológica meticulosa revelou que produz terremotos muito grandes (magnitude 7-8) a cada 300 anos – com o mais recente em 1717. Os cientistas estimam que há 75% de chance de um grande terremoto de falha alpina nos próximos 50 anos. As chances desse terremoto ser maior que magnitude 8 são de 82%.

Apesar da qualidade incomparável do registo paleo-sísmico dos anteriores terramotos de falhas alpinas, o próximo grande terramoto ocorrerá sem aviso prévio.

Em antecipação a esse evento, os geocientistas estão a trabalhar arduamente para compreender como a Falha Alpina está a ser carregada antes da ruptura e como as características da falha podem afectar a propagação da ruptura e o resultante tremor do solo.

Um componente deste trabalho é determinar a geometria e a estrutura interna da Falha Alpina em escalas muito mais finas do que as que podem ser estudadas usando sismógrafos convencionais espaçados por dezenas de quilômetros.

Uma nova experiência em Haast, uma pequena comunidade remota perto da costa no Sudoeste, está a utilizar uma tecnologia chamada Sensoriamento Acústico Distribuído (DAS). DAS é uma técnica de detecção emergente que converte cabos de fibra óptica de telecomunicações em milhares de sensores de movimento do solo densamente espaçados.

O experimento Haast DAS é uma colaboração trans-Tasman entre geofísicos da Universidade Nacional Australiana e da Universidade Victoria de Wellington Te Herenga Waka. É o primeiro deste tipo através de uma falha importante e ativa no limite da placa, proporcionando uma oportunidade sem precedentes para estudar a estrutura interna da falha alpina antes de um grande terremoto previsto.

Entre o final de fevereiro e o início de maio deste ano, fizemos medições sismológicas na Falha Alpina usando um sistema de laser controlado por computador conhecido como interrogador conectado a uma fibra não utilizada ("escura") dentro de um cabo de telecomunicações instalado pela Chorus para fornecer conectividade de banda larga através de a Ilha Sul. O cabo de telecomunicações atravessa a Falha Alpina logo a leste de Haast.

Sismologia de fibra óptica

Pulsos de luz emitidos pelo interrogador são espalhados à medida que viajam ao longo da fibra e interagem com imperfeições em escala atômica no vidro. Parte dessa luz espalhada viaja para trás ao longo da fibra até o interrogador.

As vibrações da fibra causadas pela passagem das ondas sísmicas modulam esta dispersão e podem ser detectadas registrando os pulsos de luz espalhados.

O interrogador que usamos faz mil medições por segundo em cada um dos 7.250 locais, espaçados de quatro metros entre si ao longo da rodovia Haast Pass. Isso produz um volume impressionante de dados: cerca de 1 GB de novos dados a cada minuto ou 1 TB de dados todos os dias.

As vibrações registradas em Haast incluem sinais produzidos por terremotos próximos (a maioria dos quais são pequenos demais para serem perceptíveis aos humanos) e outros terremotos maiores que ocorrem em toda a Nova Zelândia e em outros lugares. Em meados de Maio, por exemplo, registámos vários grandes sismos perto da Nova Caledónia, o maior dos quais provocou um alerta de tsunami no Pacífico.