140萬公里，這是全球海底光纜的總長度。

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

上周五，谷歌CEO皮猜發(fā)推宣布，谷歌已經(jīng)開發(fā)出了用光纜檢測地震的技術(shù)，探測范圍達到十萬公里。

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

最重要的的是，采用光纜探測傳遞地震信號，反應時間降低至毫秒級。

毫秒級的地震預警如何實現(xiàn)

2020年1月28日，谷歌的研究人員使用海底光纜，在牙買加附近檢測到一次7.7級地震。震中距離谷歌用來檢測的光纜1500公里。

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

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，這個過程中，光脈沖會由于機械干擾等原因會產(chǎn)生失真，接收端會檢測到這種失真并加以修正。

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

地震發(fā)生時，海底光纜受到地殼運動的影響產(chǎn)生機械形變，光纖的變形會導致在其中傳輸?shù)墓饷}沖信號的偏振態(tài)（SOP）發(fā)生變化。

傳統(tǒng)的海底地震觀測方法

通過監(jiān)測和跟蹤極化活動狀態(tài)的這些變化，可以檢測地震活動。

但是，由于真實環(huán)境的復雜，谷歌的研究人員一直無法在SOP信號中分辨出真實的地震信號。

2018年，Science上的一篇來自法國的論文詳細闡述了用海底光纜檢測地震的方案。

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

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

這是今年一月檢測到的牙買加7.7級地震時的光纜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SOP頻譜出現(xiàn)明顯的峰值，這與地震波從牙買加到電纜的傳播時間相關(guān)，峰值持續(xù)時間約為10分鐘。

現(xiàn)在，谷歌已經(jīng)在和加州理工大學合作開發(fā)這一項目，根據(jù)加州理工地震實驗室的說法，除了預測地震，這項技術(shù)還可以用來檢測光纜附近海水壓力的變化，幫助人們預警海嘯。

傳統(tǒng)的聲學地震或海嘯探測預警裝置最大的缺點就是不夠及時，因為海水中聲波速度只有800kmh，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)傳達到檢測站。

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)約了成本和時間。

光纜大戶：你不知道的谷歌

當然，谷歌這項技術(shù)還只是在實驗階段，研究人員還需要更深入的研究不同類型的地震波在光纜SOP頻譜上的反映。谷歌還透露，今后可能會利用機器學習的手段來進行復雜的頻譜分析。

此外，應用這項技術(shù)的一個難題就是光纜的使用許可了。要建立覆蓋全球的地震檢測網(wǎng)，就不得不獲得各個國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

這項工作前景還不甚明朗，但谷歌早就有另一手準備。

目前，谷歌已在全球范圍內(nèi)投資了1條國際海底光纜，約占全球海底光纜網(wǎng)絡總長度140萬公里的10％。

其中的“居里”光纜是連接一條連接美國西海岸到智利的光纜，全場約1萬公里，據(jù)外媒推測，這就是今年一月谷歌檢測牙買加地震時用的光纜。

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的最初目的是為了推廣它的云服務到世界各地。

而現(xiàn)在，科技的進步卻賦予了海底光纜這一冰冷的商業(yè)項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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