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用光纤监测冰川

用光纤监测冰川

冰川的地震监测对于提高我们对冰川发展的认识和预测风险至关重要。SNSF教授Fabian Walter提出了一种新的光纤监测工具。这些纤维能够监测整个冰川。

冰川一直在移动,因此需要监控。卫星图像为它们的发展提供了线索。通过倾听冰川内部的声音,地震学使科学家能够更准确地了解冰川的运动。然而,由于地震检波器很难在冰川地区安装,冰川的地震监测覆盖率参差不齐。在最近的一项研究中,瑞士国家科学基金会苏黎世联邦理工学院的教授Fabian Walter证明,使用光纤也可以监测冰川。这种纤维不仅比地震检波器更容易安装,而且还提供了更多的测量点。因此,它们是在难以进入的地区扩大地震监测范围的一种方法。

每两米有一个测量点

这项研究的结果最近发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上,它发生在瓦莱州东北部的罗纳冰川(Rhone Glacier)海拔2500米的地方。2019年3月,由费边·沃尔特(Fabian Walter)和苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)地震学和波物理学专家安德烈亚斯·菲希特纳(Andreas Fichtner)领导的两个团队用一根1公里长的光纤电缆在冰川表面的积雪内几厘米处记录了微地震。分布声波感应被用来记录光学信号中的干扰——冰川内部地震事件的结果——沿电缆每隔几米进行一次。这些记录被转换成地震记录。

在他的研究中,Fabian Walter报告说,在相同的监测区域有更多的传感器——500个测点作为沿1公里电缆的传感器——这意味着获得的数据比地震检波器的数据包含更多的信息,特别是在定位岩崩和冰震方面。此外,这条电缆还能更好地了解冰川移动时所发生的剧烈的粘滑运动。人们发现了新的地震波类型,这是以前用地震仪无法做到的。在格陵兰岛和南极的冰原上,这种剧烈的运动早已为人所知,但这是阿尔卑斯山第一次严格地证实了它们的存在。

冰里面发生了什么

光纤已经被用于在某些情况下监测地震;但是,icequake专家Fabian Walter是首批在冰川上使用这项技术的科学家之一。“已经有其他团队在研究这个课题——例如,在阿拉斯加——因为光纤技术在这种具有挑战性的环境中提供了好处,”这位与苏黎世联邦理工学院的瑞士地震局合作进行这项研究的研究人员解释说。“虽然通常安装一个只能覆盖冰川一小部分的地震台需要几个小时,但我们现在所要做的就是铺设电缆和安装数百个传感器。”理论上,这项技术使我们能够覆盖并监测整个冰川。”

通过测量地震速度,光缆还能产生额外的信息,比如冰的组成细节。它也使科学家能够测量冰的变形率和了解裂缝形成的过程。

在冰川区外,其他的应用还有待测试。光纤已经可以在公路和铁路沿线以及某些基础设施附近使用。暗纤维——换句话说,已经安装但尚未投入使用的光纤——可以用来监测地震事件并防止破坏。

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