Pesquisadores testam cabo de fibra óptica no fundo do mar como sistema de alerta precoce de terremotos

Jiuxun Yin, pesquisador do Caltech agora no SLB, e colegas usaram 50 quilômetros de um cabo submarino de telecomunicações que liga os Estados Unidos e o Chile, coletando amostras de dados sísmicos em 8.960 canais ao longo do cabo durante quatro dias. A técnica, chamada Distributed Acoustic Sensing ou DAS, usa pequenas falhas internas em uma longa fibra óptica como milhares de sensores sísmicos.

Yin e colegas usaram os dados do cabo para determinar os locais dos terremotos e estimar as magnitudes dos terremotos para um terremoto em terra (magnitude 3,7) e dois no mar (magnitude 2,7 e 3,3) durante o período de estudo.

Seus resultados mostram que o uso deste único conjunto DAS oferece uma melhoria de aproximadamente três segundos no alerta precoce de terremotos em comparação com os conjuntos DAS onshore. Numa simulação realizada pelos investigadores, descobriram que, ao implantar múltiplas matrizes DAS espaçadas de 50 quilómetros e trabalhando em conjunto na área, poderiam melhorar os tempos de alerta EEW na zona de subducção em cinco segundos.

“Embora esperássemos algumas melhorias devido à colocação offshore do conjunto DAS, os ganhos reais de velocidade foram além das nossas projeções iniciais”, disse Yin. “A principal vantagem é a localização offshore da matriz, o que elimina a necessidade de esperar que as ondas sísmicas cheguem às estações terrestres.”

A região offshore do Chile é semelhante à região de Cascadia, offshore do Canadá e do Noroeste Pacífico dos EUA. Ambas as áreas contêm uma zona de subducção ativa, onde as placas tectônicas colidem e uma placa mergulha sob a outra, causando alguns dos maiores e mais destrutivos terremotos da história. Mesmo na costa do sul da Califórnia, numerosas falhas já abrigaram terremotos de magnitude 6 ou maiores. Em todas estas zonas costeiras densamente povoadas, o alerta precoce de terramotos no mar poderia ajudar a proteger vidas e propriedades.

“A principal razão para a seleção deste cabo é o elevado risco sísmico do Chile. A região sofre frequentes terremotos offshore e foi afetada por vários terremotos significativos de magnitude 8+ na história, incluindo o maior já registrado em 1960”, explicou Yin. “Dado o alto risco sísmico e os impactos potencialmente devastadores de um grande terremoto, há uma necessidade urgente de um sistema confiável de alerta precoce de terremotos offshore no Chile.”

Os pesquisadores usaram um modelo de inteligência artificial de aprendizagem profunda, que é treinado e validado em dados sísmicos e DAS anteriores, para identificar as ondas do terremoto a partir dos dados DAS deste cabo offshore. “No caso específico do DAS, o volume de dados coletados é substancial. Para aplicações em tempo real como EEW, modelos de aprendizagem profunda pré-treinados oferecem uma opção altamente eficiente e confiável”, disse Yin. Ele observou, no entanto, que outros métodos sismológicos tradicionais de detecção de terremotos ainda podem ser eficazes no processamento de dados DAS com automação.

Yin disse que os pesquisadores precisam de mais dados, especialmente de terremotos de maior magnitude, para desenvolver e testar algoritmos EEW de forma eficaz, bem como mais informações sobre como os instrumentos DAS respondem antes de construir um sistema EEW em tempo real que se integre às estruturas EEW existentes.

Existem muitos lugares ao redor do mundo para continuar esta pesquisa, observou ele.

“Existem mais de 1.500 estações de aterrissagem de cabos em todo o mundo, e o progresso na tecnologia permite o uso de cabos operacionais e a adição de sistemas DAS sem afetar [telecommunications] transporte de dados.” Yin disse. “Acreditamos que isso abre uma série de oportunidades de pesquisa interessantes e estamos ansiosos para explorá-las em estudos futuros. Procuramos interações estreitas com proprietários de cabos, agências ambientais e legisladores para dimensionar o DAS-EEW em benefício das comunidades costeiras.”