Ahli seismologi di Caltech bekerja dengan ahli optik di Google telah mengembangkan metode untuk menggunakan kabel telekomunikasi bawah air yang ada untuk mendeteksi gempa bumi. Teknik ini dapat meningkatkan sistem peringatan gempa dan tsunami di seluruh dunia.
Jaringan luas lebih dari satu juta kilometer kabel serat optik terletak di dasar laut. Pada tahun 1980-an, perusahaan telekomunikasi dan pemerintah mulai memasang kabel ini, yang masing-masing dapat menjangkau ribuan kilometer. Saat ini, jaringan global dianggap sebagai tulang punggung telekomunikasi internasional.
Para ilmuwan telah lama mencari cara untuk menggunakan kabel bawah air tersebut untuk memantau kegempaan. Lagi pula, lebih dari 70 persen dunia tertutup oleh air, dan sangat sulit serta mahal untuk memasang, memantau, dan menjalankan seismometer bawah air untuk melacak pergerakan bumi di bawah laut. Apa yang ideal, kata para peneliti, adalah memantau kegempaan dengan memanfaatkan infrastruktur yang sudah ada di sepanjang dasar laut.
Upaya sebelumnya untuk menggunakan serat optik untuk mempelajari kegempaan bergantung pada penambahan instrumen ilmiah canggih dan / atau penggunaan apa yang disebut dark fibers, kabel serat optik yang tidak digunakan secara aktif.
Sekarang Zhongwen Zhan (PhD 13), asisten profesor geofisika di Caltech, dan rekan-rekannya telah menemukan cara untuk menganalisis perjalanan cahaya melalui serat yang menyala dengan kata lain, kabel bawah laut yang ada dan berfungsi untuk mendeteksi gempa bumi dan gelombang laut tanpa perlu peralatan tambahan apapun. Mereka menjelaskan metode baru ini dalam jurnal Science edisi 26 Februari .
Teknik baru ini benar-benar dapat mengubah sebagian besar kabel bawah laut menjadi sensor geofisika yang panjangnya ribuan kilometer untuk mendeteksi gempa bumi dan kemungkinan tsunami di masa depan, kata Zhan. Kami yakin ini adalah solusi pertama untuk memantau kegempaan di dasar laut yang dapat diterapkan di seluruh dunia. Ini dapat melengkapi jaringan seismometer berbasis darat dan pelampung pemantau tsunami yang ada untuk membuat deteksi gempa bumi bawah laut dan tsunami jauh lebih cepat dalam banyak kasus.
Jaringan kabel bekerja melalui penggunaan laser yang mengirimkan gelombang informasi melalui serat kaca yang digabungkan di dalam kabel untuk mengirimkan data dengan kecepatan lebih dari 200.000 kilometer per detik ke penerima di ujung lain. Untuk memanfaatkan kabel secara optimal, untuk mentransfer informasi sebanyak mungkin melintasi mereka salah satu hal yang dipantau operator adalah polarisasi cahaya yang bergerak di dalam serat. Seperti cahaya lain yang melewati filter polarisasi, sinar laser terpolarisasi artinya, medan listriknya berosilasi hanya ke satu arah dan bukan ke arah mana pun. Mengontrol arah medan listrik dapat memungkinkan banyak sinyal berjalan melalui serat yang sama secara bersamaan. Di pihak penerima,perangkat memeriksa status polarisasi setiap sinyal untuk melihat bagaimana perubahannya di sepanjang jalur kabel untuk memastikan bahwa sinyal tidak tercampur
Dalam pekerjaan mereka, para peneliti fokus pada Curie Cable, kabel serat optik bawah laut yang membentang lebih dari 10.000 kilometer di sepanjang tepi timur Samudra Pasifik dari Los Angeles ke Valparaiso, Chili. (Meskipun Zhan mengatakan teknik ini dapat digunakan pada banyak dari ratusan kabel bawah laut yang melintasi dunia.)
Di darat, segala macam gangguan, seperti perubahan suhu dan bahkan sambaran petir, dapat mengubah polarisasi cahaya yang merambat melalui kabel serat optik. Karena suhu di laut dalam tetap hampir konstan dan karena hanya ada sedikit gangguan di sana, perubahan polarisasi dari satu ujung Kabel Curie ke ujung lainnya tetap cukup stabil dari waktu ke waktu, kata Zhan dan rekan-rekannya.
Namun, selama gempa bumi dan ketika badai menghasilkan gelombang laut yang besar, polarisasi berubah secara tiba-tiba dan dramatis, memungkinkan para peneliti untuk dengan mudah mengidentifikasi peristiwa tersebut dalam data.
Saat ini, ketika gempa bumi terjadi bermil-mil di lepas pantai, dibutuhkan beberapa menit bagi gelombang seismik untuk mencapai seismometer darat dan bahkan lebih lama lagi untuk memverifikasi gelombang tsunami. Menggunakan teknik baru, seluruh panjang kabel bawah laut bertindak sebagai sensor tunggal di lokasi yang sulit dipantau. Polarisasi dapat diukur sebanyak 20 kali per detik. Artinya, jika gempa bumi melanda di dekat area tertentu, peringatan dapat dikirimkan ke area yang berpotensi terkena dampak dalam hitungan detik.
Selama sembilan bulan pengujian yang dilaporkan dalam studi baru (antara Desember 2019 dan September 2020), para peneliti mendeteksi sekitar 20 gempa bumi sedang hingga besar di sepanjang Curie Cable, termasuk gempa berkekuatan 7,7 yang terjadi di Jamaika pada 28 Januari 2020.
Meskipun tidak ada tsunami yang terdeteksi selama penelitian, para peneliti mampu mendeteksi perubahan polarisasi yang dihasilkan oleh gelombang laut yang berasal dari Samudra Selatan. Mereka percaya bahwa perubahan polarisasi yang diamati selama peristiwa tersebut disebabkan oleh perubahan tekanan di sepanjang dasar laut saat gelombang kuat melewati kabel. Artinya kita bisa mendeteksi gelombang laut, jadi masuk akal suatu saat kita bisa mendeteksi gelombang tsunami, kata Zhan.
Zhan dan rekan-rekannya di Caltech sekarang mengembangkan algoritma pembelajaran mesin yang akan dapat menentukan apakah perubahan polarisasi yang terdeteksi dihasilkan oleh gempa bumi atau gelombang laut daripada beberapa perubahan lain pada sistem, seperti kapal atau kepiting yang menggerakkan kabel. Mereka berharap bahwa seluruh proses deteksi dan pemberitahuan dapat diotomatiskan untuk memberikan informasi penting selain data yang telah dikumpulkan oleh jaringan global seismometer berbasis darat dan pelampung dalam sistem Penilaian dan Pelaporan Tsunami Laut Dalam (DART), dioperasikan oleh Pusat Data Buoy Nasional Administrasi Kelautan dan Atmosfer Nasional.
Sumber:scienceblog.com-freepik.com
