Questo ricercatore del Caltech si è rivolto alla banda larga sotterranea di Pasadena per rilevare i terremoti

Zhongwen Zhan, 36 anni, può far risalire un momento spartiacque nella sua vita a un evento letteralmente sconvolgente.

Era uno studente universitario in Cina quando un terremoto di magnitudo 9.1 ruppe il fondale marino nell'Oceano Indiano, generando un enorme tsunami che uccise 230.000 persone. Era il 26 dicembre 2004.

“Sapevo di interessarmi alle scienze della Terra, ma quando ho visto come l’intera comunità si è mobilitata per studiare quel terremoto in pochi giorni, come siamo riusciti a imparare molto, sono rimasto stupito dalla capacità degli scienziati di raccogliere così tanto dati senza recarsi effettivamente sul posto, semplicemente utilizzando sensori, per saperne di più e aiutare le persone”, ha affermato Zhan. "È stato affascinante vederlo."

Questo fascino ha portato Zhan al Caltech, dove ha conseguito il dottorato in geofisica nel 2014 e dove ora insegna geofisica.

Questa settimana, Zhan e un team di quattro membri hanno pubblicato uno studio sulla rivista Nature, riportando il successo nel trasportare cavi sotterranei in fibra ottica a Pasadena per rilevare terremoti ad una risoluzione più elevata, analizzando i dettagli intricati del terremoto.

Zhan e colleghi hanno studiato una sezione del cavo in fibra ottica utilizzando DAS, o rilevamento acustico distribuito. Il team ha utilizzato emettitori laser per proiettare la luce attraverso i cavi, che presentano piccoli difetti ogni pochi metri che riflettono una parte della luce verso la sorgente. Questa matrice agisce come sismometri individuali e fornisce agli scienziati dei terremoti dettagli sul movimento delle onde sismiche.

È stata una fortuna che il team avesse installato gli emettitori quando un terremoto di magnitudo 6 ha scosso l'Antelope Valley nel 2021. Sono stati in grado di esaminare le tracce luminose che viaggiavano attraverso una sezione di cavo di 100 chilometri per tracciare con precisione il terremoto, individuando una sequenza di quattro rotture più piccole che non potevano essere rilevate da una rete sismica convenzionale.

L'entusiasmante possibilità di riutilizzare milioni di chilometri di cavi in ​​fibra ottica in tutto il mondo in una fitta rete di sismometri improvvisati può approfondire la comprensione degli scienziati sulla fisica dei terremoti e, in definitiva, migliorare i sistemi di allerta precoce dei terremoti.

"L'uso del cavo in fibra ottica come una serie di sismometri rivela aspetti della fisica dei terremoti che sono stati a lungo ipotizzati ma difficili da immaginare", ha detto Zhan. “Una migliore comprensione può aiutare molto nella nostra preparazione ai terremoti, nella nostra conoscenza dei tipi di terremoti e ci dà maggiori possibilità di catturare i terremoti”.

Il Gruppo Zhan ha dedicato circa quattro anni a questa ricerca. Includono Jiaxuan Li, primo autore; Nadia Lapusta, professoressa di ingegneria meccanica e geofisica al Caltech; il dottorando Teaho Kim e lo scienziato Ettore Biondi. La National Science Foundation ha pagato per lo studio.

L'idea di utilizzare le fibre ottiche per rilevare l'ambiente è nata negli anni '70 e '80, quando è nata la fibra ottica, ha detto Zhan.

"Le persone si sono presto rese conto che le perturbazioni ambientali potevano causare problemi di comunicazione", ha aggiunto. “Ciò significa anche che il rilevamento è possibile. La novità qui è usare la tecnologia per studiare i terremoti. I sismologi hanno sempre desiderato sensori migliori e più numerosi per studiare i terremoti, e il rilevamento in fibra con cavo per telecomunicazioni è semplicemente la soluzione perfetta”.

Mike Gurnis, direttore del Laboratorio Seismologico Caltech, ha definito la ricerca di Zhan un pilastro fondamentale nelle priorità del Seismo Lab.

"Potremmo essere l'unica rete regionale che cerca di integrare questo tipo di segnale nella nostra tradizionale fitta rete sismica a banda larga attraverso diversi progetti di ricerca con docenti", ha detto Gurnis in un articolo del campus che celebrava il centenario del laboratorio lo scorso novembre.

Zhan è consapevole delle orme sismologiche che sta seguendo al Caltech, dove la moderna sismologia sismica è nata negli anni '20 e '30. Fu allora che Hugo Benioff inventò strumenti per rilevare le onde sismiche e Charles Richter e Ben Gutenberg collaborarono a quella che divenne nota come scala Richter per misurare la magnitudo di un terremoto. Più vicino alla linea temporale odierna, la sismologa Lucy Jones continua a servire come visiting associate in geofisica al Caltech.