Fibra

Os cabos de fibra óptica constituem o vasto sistema nervoso subterrâneo que atende à nossa crescente demanda por Internet de alta velocidade e serviços de comunicação. No entanto, os sinais nos cabos podem ocasionalmente sofrer vibrações de carros passando por cima, construções próximas ou até mesmo terremotos. Os pesquisadores já propuseram aproveitar essas perturbações para converter milhares de quilômetros de cabos subterrâneos em conjuntos sísmicos sensíveis.

Num novo estudo, investigadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia mostram que os cabos de fibra óptica não só detectam terramotos, como também podem medir nuances e complexidades dos eventos sísmicos. Em um caso, usando um trecho de cabo de 100 quilômetros, os pesquisadores conseguiram identificar a hora e a localização de quatro miniterremotos menores que formaram um terremoto de magnitude 6.

“Este trabalho não é apenas detecção, está além da detecção”, diz Jiaxuan Li, pesquisador de pós-doutorado em geofísica na Caltech e coautor do artigo publicado em 2 de agosto na Nature. “Estamos imaginando os detalhes do processo de ruptura de um terremoto.”

“Poderíamos transformar essas redes [de fibra] muito densas em conjuntos sísmicos que podemos usar para alerta precoce.”—Jiaxuan Li, Caltech

Ao aproveitar mais cabos e obter ainda mais dados, os sismólogos poderiam compreender melhor os terremotos. E embora seja improvável que um conjunto de cabos de fibra óptica preveja terremotos antes que eles aconteçam, os pesquisadores poderiam usar a técnica para ajudar a desenvolver melhores sistemas de alerta precoce que salvem vidas, diz Li.

A Califórnia normalmente recebe dois ou três terremotos por ano que são suficientemente graves - o que significa magnitude 5,5. ou superior - para causar danos moderados às estruturas. Existem mais de 700 sismógrafos em todo o estado. Cada um custa até US$ 50 mil e a manutenção da rede de detectores é cara.

Ter um sensor o mais próximo possível de uma fonte de terremoto é importante para a detecção precoce. Isto não é possível com sismógrafos caros, diz Li. Os cabos de fibra óptica, por outro lado, já estão colocados no solo, cruzando-se por toda parte, proporcionando uma rede de sensores sísmicos densa e de baixo custo. “Temos uma rede de fibra óptica muito extensa nas cidades e entre cidades”, diz ele. “Poderíamos transformar essas redes muito densas em conjuntos sísmicos que podemos usar para alerta precoce.”

Li e colegas usaram uma técnica chamada detecção acústica distribuída (DAS), que, embora nova no mundo da sismologia, já é usada para monitorar tubulações e cabos de energia em busca de defeitos. O método envolve o envio de pulsos de luz laser sobre fibras ópticas e a medição da intensidade dos sinais refletidos pelas imperfeições da fibra. Um leve estiramento ou contração da fibra (por exemplo, devido a um terremoto) pode alterar os sinais refletidos.

Com base no tempo de retorno do pulso, você pode identificar quando e onde ocorreu a perturbação ao longo do cabo. Como a luz é refletida em milhares de pontos de imperfeição ao longo das fibras, um trecho de cabo com quilômetros de extensão pode funcionar como milhares de sismômetros. Isto significa significativamente mais dados sísmicos, levando a uma resolução mais elevada, o que permite identificar a localização de atividades sísmicas menores.

Os pesquisadores do Caltech converteram cabos ópticos pré-existentes em um array DAS. As empresas de telecomunicações geralmente instalam mais fibra do que precisam, e a equipe de pesquisa aproveita parte dessa fibra “escura” não utilizada. Com permissão da Cooperativa de Banda Larga da Califórnia, a equipe instalou um transceptor DAS em uma extremidade de um cabo de fibra óptica ao longo da fronteira entre a Califórnia e Nevada.

Em seu estudo, os pesquisadores analisaram sinais de luz de duas seções de 50 quilômetros de cabo de fibra óptica que registraram o terremoto de magnitude 6 em Antelope Valley em 2021. As seções do cabo de fibra estavam localizadas ao norte e ao sul da cidade de Old Mammoth. No geral, os 100 km de cabo forneceram dados equivalentes aos de 10.000 sismógrafos.