140萬(wàn)公里，這是全球海底光纜的總長(zhǎng)度。

如今，這遍布全球的光纜網(wǎng)絡(luò)，可能被賦予另一項(xiàng)重要使命：地震監(jiān)測(cè)。

上周五，谷歌CEO皮猜發(fā)推宣布，谷歌已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了用光纜檢測(cè)地震的技術(shù)，探測(cè)范圍達(dá)到十萬(wàn)公里。

而且，今年一月以來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成功檢測(cè)到了多起地震，完全具有了實(shí)用意義。

最重要的的是，采用光纜探測(cè)傳遞地震信號(hào)，反應(yīng)時(shí)間降低至毫秒級(jí)。

毫秒級(jí)的地震預(yù)警如何實(shí)現(xiàn)

2020年1月28日，谷歌的研究人員使用海底光纜，在牙買(mǎi)加附近檢測(cè)到一次7.7級(jí)地震。震中距離谷歌用來(lái)檢測(cè)的光纜1500公里。

在此之后的幾個(gè)月，研究人員又檢測(cè)到了多次發(fā)生在世界各地的地震情況。地震烈度從4-6級(jí)都能準(zhǔn)確檢測(cè)。

那么谷歌是如何做到的呢？

在光纜中，光脈沖以每秒204190公里的速度傳播，這個(gè)過(guò)程中，光脈沖會(huì)由于機(jī)械干擾等原因會(huì)產(chǎn)生失真，接收端會(huì)檢測(cè)到這種失真并加以修正。

而接收端檢測(cè)的一個(gè)重要參數(shù)就是光脈沖的偏振態(tài)SOP（state of polarization）。

地震發(fā)生時(shí)，海底光纜受到地殼運(yùn)動(dòng)的影響產(chǎn)生機(jī)械形變，光纖的變形會(huì)導(dǎo)致在其中傳輸?shù)墓饷}沖信號(hào)的偏振態(tài)（SOP）發(fā)生變化。

傳統(tǒng)的海底地震觀測(cè)方法

通過(guò)監(jiān)測(cè)和跟蹤極化活動(dòng)狀態(tài)的這些變化，可以檢測(cè)地震活動(dòng)。

但是，由于真實(shí)環(huán)境的復(fù)雜，谷歌的研究人員一直無(wú)法在SOP信號(hào)中分辨出真實(shí)的地震信號(hào)。

2018年，Science上的一篇來(lái)自法國(guó)的論文詳細(xì)闡述了用海底光纜檢測(cè)地震的方案。

他們的實(shí)驗(yàn)使用窄帶超穩(wěn)定觀察光脈沖的相位變化，這盡管需要安裝大量傳感器，且探測(cè)范圍很小，但這個(gè)思路給了谷歌研究人員啟發(fā)。

谷歌提出了一種基于SOP頻譜特征來(lái)檢測(cè)地震的方法：對(duì)SOP的斯托克斯參數(shù)進(jìn)行頻譜分析。

這是今年一月檢測(cè)到的牙買(mǎi)加7.7級(jí)地震時(shí)的光纜SOP頻譜圖：斯托克斯向量S1（左），S2（中心），S3（右），展示了SOP（極化狀態(tài)）的定量分析。

X軸為時(shí)間，Y軸為頻率，以赫茲為單位，不同的顏色代表不同的光譜密度。

地震發(fā)生后大約五分鐘時(shí)SOP頻譜出現(xiàn)明顯的峰值，這與地震波從牙買(mǎi)加到電纜的傳播時(shí)間相關(guān)，峰值持續(xù)時(shí)間約為10分鐘。

現(xiàn)在，谷歌已經(jīng)在和加州理工大學(xué)合作開(kāi)發(fā)這一項(xiàng)目，根據(jù)加州理工地震實(shí)驗(yàn)室的說(shuō)法，除了預(yù)測(cè)地震，這項(xiàng)技術(shù)還可以用來(lái)檢測(cè)光纜附近海水壓力的變化，幫助人們預(yù)警海嘯。

傳統(tǒng)的聲學(xué)地震或海嘯探測(cè)預(yù)警裝置最大的缺點(diǎn)就是不夠及時(shí)，因?yàn)楹Ｋ�中聲波速度只�?00kmh，而如果震中附近剛好有一條光纜，那么地震信息可以在幾毫秒內(nèi)傳達(dá)到檢測(cè)站。

此外，谷歌SOP頻譜分析不需要在光纜上安裝大量傳感器，大大節(jié)約了成本和時(shí)間。

光纜大戶：你不知道的谷歌

當(dāng)然，谷歌這項(xiàng)技術(shù)還只是在實(shí)驗(yàn)階段，研究人員還需要更深入的研究不同類(lèi)型的地震波在光纜SOP頻譜上的反映。谷歌還透露，今后可能會(huì)利用機(jī)器學(xué)習(xí)的手段來(lái)進(jìn)行復(fù)雜的頻譜分析。

此外，應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)難題就是光纜的使用許可了。要建立覆蓋全球的地震檢測(cè)網(wǎng)，就不得不獲得各個(gè)國(guó)家海底光纜的使用權(quán)限。

谷歌目前投資興建的所有海底光纜

這項(xiàng)工作前景還不甚明朗，但谷歌早就有另一手準(zhǔn)備。

目前，谷歌已在全球范圍內(nèi)投資了1條國(guó)際海底光纜，約占全球海底光纜網(wǎng)絡(luò)總長(zhǎng)度140萬(wàn)公里的10％。

其中的“居里”光纜是連接一條連接美國(guó)西海岸到智利的光纜，全場(chǎng)約1萬(wàn)公里，據(jù)外媒推測(cè)，這就是今年一月谷歌檢測(cè)牙買(mǎi)加地震時(shí)用的光纜。

而且，與谷歌投建的其他光纜線路不同，這條“居里”光纜，完全是谷歌私有的。

谷歌大力投資光纜項(xiàng)的最初目的是為了推廣它的云服務(wù)到世界各地。

而現(xiàn)在，科技的進(jìn)步卻賦予了海底光纜這一冰冷的商業(yè)項(xiàng)目更加人道和高尚的使命。

參考鏈接

httpscloud.google.comblogproductsinfrastructureusing-subsea-cables-to-detect-earthquakes

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