Dieser Caltech-Forscher nutzte den Breitband-Untergrund von Pasadena, um Erdbeben zu erkennen

Zhongwen Zhan, 36, kann einen Wendepunkt in seinem Leben auf ein buchstäblich weltbewegendes Ereignis zurückführen.

Er war Student in China, als ein Erdbeben der Stärke 9,1 den Meeresboden im Indischen Ozean aufbrach und einen gewaltigen Tsunami auslöste, der 230.000 Menschen das Leben kostete. Es war der 26. Dezember 2004.

„Ich wusste, dass ich mich für Geowissenschaften interessiere, aber als ich sah, wie die gesamte Gemeinschaft innerhalb weniger Tage mobilisiert wurde, um dieses Beben zu untersuchen, und wie wir viel lernen konnten, war ich erstaunt über die Fähigkeit der Wissenschaftler, so viel zu sammeln Daten zu sammeln, ohne tatsächlich vor Ort zu sein, einfach durch den Einsatz von Sensoren, um mehr zu erfahren und den Menschen zu helfen“, sagte Zhan. „Es war faszinierend, das zu sehen.“

Diese Faszination führte Zhan zum Caltech, wo er 2014 seinen Doktortitel in Geophysik erlangte und wo er jetzt Geophysik lehrt.

Diese Woche veröffentlichten Zhan und ein vierköpfiges Team eine Studie in der Fachzeitschrift „Nature“, in der sie von Erfolgen bei der Nutzung unterirdischer Glasfaserkabel in Pasadena berichteten, um Erdbeben mit höherer Auflösung zu erkennen und komplexe Details des Erdbebens zu analysieren.

Zhan und Kollegen untersuchten einen Abschnitt des Glasfaserkabels mithilfe von DAS oder verteilter akustischer Erfassung. Das Team nutzte Laserstrahler, um Licht durch die Kabel zu schießen, die alle paar Meter winzige Defekte aufweisen, die einen Teil des Lichts zur Quelle reflektieren. Diese Anordnung fungiert als einzelne Seismometer und liefert Erdbebenforschern Einzelheiten über die Bewegung seismischer Wellen.

Es war ein Glücksfall, dass das Team seine Emitter an Ort und Stelle hatte, als ein Beben der Stärke 6 im Jahr 2021 das Antelope Valley erschütterte. Sie konnten die Lichtsignaturen, die sich durch einen 100 Kilometer langen Kabelabschnitt bewegten, untersuchen, um das Beben genau zu lokalisieren eine Abfolge von vier kleineren Brüchen, die von einem herkömmlichen seismischen Netzwerk nicht erkannt werden konnten.

Die aufregende Möglichkeit, die Millionen Kilometer Glasfaserkabel weltweit in ein dichtes Netzwerk behelfsmäßiger Seismometer umzuwandeln, kann das Verständnis der Wissenschaftler für die Erdbebenphysik vertiefen und letztendlich zu besseren Frühwarnsystemen für Erdbeben führen.

„Die Verwendung von Glasfaserkabeln als Seismometerserie offenbart Aspekte der Erdbebenphysik, die seit langem vermutet, aber schwer abzubilden sind“, sagte Zhan. „Ein besseres Verständnis kann uns bei der Vorbereitung auf Erdbeben sehr helfen, unser Wissen über die Arten von Erdbeben erweitern und uns eine höhere Chance geben, Beben zu erfassen.“

Die Zhan Group verbrachte etwa vier Jahre mit dieser Forschung. Dazu gehören Jiaxuan Li, Erstautor; Nadia Lapusta, Professorin für Maschinenbau und Geophysik am Caltech; Doktorandin Teaho Kim und Wissenschaftler Ettore Biondi. Die National Science Foundation hat die Studie finanziert.

Die Idee, optische Fasern zur Erfassung der Umgebung zu nutzen, sei in den 70er und 80er Jahren entstanden, als die Glasfasertechnik auf den Markt kam, sagte Zhan.

„Den Menschen wurde schnell klar, dass Umwelteinflüsse zu Kommunikationsproblemen führen können“, fügte er hinzu. „Das bedeutet auch, dass Wahrnehmung möglich ist. Das Neue hier ist, die Technologie zur Untersuchung von Erdbeben zu nutzen. Seismologen wollten schon immer bessere und mehr Sensoren zur Untersuchung von Erdbeben, und die Glasfasersensorik mit Telekommunikationskabeln passt einfach perfekt.“

Mike Gurnis, Direktor des Caltech Seismological Laboratory, bezeichnete Zhans Forschung als eine wichtige Säule in den Prioritäten des Seismo Lab.

„Wir sind möglicherweise das einzige regionale Netzwerk, das versucht, durch verschiedene Forschungsprojekte mit Lehrkräften ein solches Signal in unser traditionelles dichtes seismisches Breitbandnetzwerk zu integrieren“, sagte Gurnis in einem Campus-Artikel zur Feier des 100-jährigen Bestehens des Labors im vergangenen November.

Zhan ist sich der seismologischen Fußstapfen bewusst, die er am Caltech beschreitet, wo in den 1920er und 1930er Jahren die Geburtsstunde der modernen Erdbebenseismologie lag. Zu dieser Zeit erfand Hugo Benioff Instrumente zur Erkennung seismischer Wellen und Charles Richter und Ben Gutenberg arbeiteten gemeinsam an der sogenannten Richterskala zur Messung der Stärke eines Erdbebens. Näher am heutigen Zeitplan ist die Seismologin Lucy Jones weiterhin als Gastmitarbeiterin für Geophysik am Caltech tätig.

Zhan sagte, eine kollaborative „Mehr lernen, besser machen“-Einstellung am Caltech könne Berge versetzen oder Wissenschaftlern zumindest dabei helfen, ihr Verständnis der Erde zu verfeinern.

„Es ist ein Privileg, wieder hier zu sein und zu wissen, dass einige der berühmtesten Menschen hier gearbeitet haben, aber gleichzeitig versuchen wir immer, die Seismologie neu zu definieren, wir suchen ständig nach neuen Technologien, um das Netzwerk noch besser zu machen, von Satelliten bis hin zu künstlichen.“ Intelligenz“, sagte Zhan. „Es ist eine großartige Zeit für Erdbebenstudien, weil die Daten geradezu explodieren.“

Erhalten Sie täglich die neuesten Nachrichten!