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Um cabo de fibra óptica de telecomunicações implantado na costa de Oliktok Point, no Alasca, registrou ruído sísmico ambiente que pode ser usado para rastrear com precisão a formação e o recuo do gelo marinho na área, relatam pesquisadores em O Registro Sísmico.
Andres Felipe Peña Castro, da Universidade do Novo México, e seus colegas usaram sensoriamento acústico distribuído, ou DAS, para identificar sinais sísmicos relacionados ao movimento das ondas em mar aberto e ao gelo marinho que suprime a ação das ondas. A técnica oferece uma maneira de rastrear o gelo marinho com resolução espacial e temporal crescente – na escala de horas e quilômetros – em comparação com imagens de satélite atualizadas diariamente e que podem cobrir dezenas a centenas de quilômetros.
O monitoramento rápido das mudanças no gelo marinho é importante para a navegação comercial, bem como para as comunidades nativas, e pode se tornar outra ferramenta útil no rastreamento das mudanças climáticas no Ártico, observou a equipe de pesquisa.
No TSR No estudo, os cientistas foram capazes de observar mudanças abruptas na extensão do gelo marinho de até 10 quilômetros que ocorreram em menos de um dia.
“Foi definitivamente surpreendente que o gelo do mar pudesse mudar tanto em poucas horas”, disse Peña Castro. “Alguns colegas mencionaram que essas mudanças rápidas podem ser comuns, mas a resolução temporal dos satélites torna rara a observação de mudanças tão rápidas no gelo marinho”.
O DAS usa as pequenas falhas internas em uma longa fibra óptica como milhares de sensores sísmicos. Um instrumento chamado interrogator em uma extremidade da fibra envia pulsos de laser pelo cabo que são refletidos nas falhas da fibra e devolvidos ao instrumento. Os pesquisadores podem examinar as mudanças no tempo dos pulsos refletidos para aprender mais sobre as ondas sísmicas resultantes.
Peña Castro e seus colegas usaram uma seção de 37,4 quilômetros de cabo de fibra ótica do fundo do mar, parte de uma rede de propriedade da Quintillion Global e que não transporta ativamente dados de telecomunicações, em seu experimento DAS. Os dados DAS foram registrados entre 9 e 15 de julho de 2021 e 10 e 16 de novembro de 2021, horários especificamente direcionados para capturar períodos de cobertura de gelo marinho de transição.
A ideia original, disse Peña Castro, era classificar diferentes sinais emergentes da interação do oceano, terra e atmosfera, como potencial estado do mar local e ressacas de tempestades, cardumes e fraturas do gelo marinho. “Queríamos identificar objetivamente os principais tipos de sinais nos dados sem assumir quantos sinais ou quais sinais seriam dominantes”, disse ele. “Não esperávamos observar mudanças na cobertura de gelo do mar com detalhes espaço-temporais tão finos”.
Os pesquisadores recorreram a algoritmos de aprendizado de máquina para classificar o enorme conjunto de dados de fibra óptica. “Em geral, o DAS gera grandes quantidades de dados que são impossíveis de processar manualmente e é por isso que optamos por usar uma abordagem de aprendizado de máquina que pode identificar possíveis padrões nos dados”, explicou Peña Castro. “Depois que um sinal ou padrão foi identificado, podemos considerar como rastrear esse sinal com mais eficiência”.
Os pesquisadores puderam observar a formação de gelo marinho ao longo do cabo, mas não o quão longe o gelo se espalhou perpendicularmente ao cabo. Eles não mediram a espessura do gelo marinho no TSR estudo, mas Peña Castro disse que “em teoria é possível determinar a espessura do gelo usando o DAS. Uma dificuldade é que as medições reais da espessura do gelo são necessárias para validar os métodos propostos.”
A combinação de aprendizado de máquina e técnicas DAS já está sendo usada na indústria de petróleo e gás, disse Peña Castro. “Em geral, técnicas de agrupamento como as usadas neste estudo podem ajudar a identificar muitos tipos diferentes de mudanças nos sinais ambientais ou antropogênicos que criam vibrações no solo”.
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