NEW YORK , 3. oktober 2025: Forskere ved Pennsylvania State University har vist, at eksisterende fiberoptiske kabler, der almindeligvis anvendes i telekommunikationsinfrastruktur, kan genbruges til at detektere underjordiske geofarer såsom jordfaldshuller med en høj grad af nøjagtighed. Undersøgelsen, der er offentliggjort i Journal of Geophysical Research: Solid Earth, skitserer en ny metode til overvågning af undergrunden, der kan forbedre tidlige varslingssystemer for jordustabilitet betydeligt. Holdet brugte et distribueret akustisk registreringssystem (DAS) forbundet til seks kilometer eksisterende fiberoptisk kabel nedgravet under universitetets campus.
DAS-enheden sender lyspulser langs kablet og måler det lys, der reflekteres tilbage på grund af jordvibrationer. Disse refleksioner gør det muligt for forskere at registrere ændringer i undergrunden, herunder sprækkede zoner og potentielle hulrum, ved at analysere variationer i seismiske bølgehastigheder. Tilgangen er baseret på omgivende støj genereret af hverdagskilder såsom fodgængertrafik og køretøjer. Ved at anvende krydskorrelationsteknikker på disse vibrationer konverterede forskerne dem til brugbare seismiske data. Resultatet var et højopløsningskort over seismiske overfladebølgehastigheder langs kablets længde, hvilket muliggjorde detektion af anomalier hundredvis af meter under overfladen.
I løbet af deres analyse identificerede forskerne et område under campus, hvor seismiske bølger aftog markant, hvilket indikerer et potentielt hulrum eller en svækket zone i undergrunden. Selvom der ikke blev bekræftet nogen umiddelbar strukturel trussel, understøttede fundet systemets effektivitet i at detektere potentielle geofarer ved hjælp af allerede eksisterende infrastruktur. Konventionelle geofysiske værktøjer, såsom geofoner, kræver individuelle installationer og leverer begrænsede geografiske data. Disse systemer er også dyre og arbejdskrævende. I modsætning hertil giver det fiberoptiske DAS-system kontinuerlig overvågning over lange afstande uden behov for nyt underjordisk udstyr.
Genbrug af infrastruktur sænker omkostningerne ved seismisk overvågning
Denne fordel gør det til en mere skalerbar og omkostningseffektiv metode til overvågning af jordstabilitet i både bymæssige og landlige omgivelser. Forskningen er en del af et bredere projekt kaldet FORESEE (Fiber-Optic foR Environmental SEnsEing), der sigter mod at udvikle miljøovervågningsapplikationer ved hjælp af eksisterende fibernetværk. Projektet er støttet af National Science Foundation og involverer samarbejde med flere kommunale myndigheder. Kommende implementeringer er planlagt i bymæssige områder, herunder Pittsburgh, hvor forskere har til hensigt at integrere systemet i storbyinfrastruktur for at studere dets ydeevne i tætte, virkelige miljøer.
En af de begrænsninger, som forskerholdet anerkender, er, at fiberoptiske kablers følsomhed afhænger af, hvor godt de er koblet til den omgivende jord eller klippe. Derudover registrerer systemet primært vibrationer langs kablets retning, hvilket kan påvirke dets evne til at registrere vertikal eller vinkelret jordbevægelse. Trods disse tekniske begrænsninger har teknologien vist sig pålidelig i at opfange relevante seismiske signaler og producere brugbare data. Resultaterne kommer på et tidspunkt, hvor infrastrukturens robusthed er en voksende bekymring på grund af stigende tilfælde af jordsænkninger og jordfaldshuller i forskellige dele af verden.
Ved at konvertere inaktive eller underudnyttede fiberoptiske kabler til tætte sensorarrays mener forskerne, at tilgangen kan forbedre eksisterende geologiske overvågningsnetværk uden behov for omfattende ny infrastruktur. Undersøgelsen blev ledet af Tieyuan Zhu, lektor i geofysik ved Penn State, som bemærkede effektiviteten af at bruge det, der traditionelt blev betragtet som støj, som datakilde. Systemet tilbyder en ny måde at overvåge jordstabilitet ved hjælp af infrastruktur, der allerede er indlejret i det byggede miljø, hvilket potentielt kan transformere, hvordan tidlige advarsler om underjordiske farer leveres. – Af Content Syndication Services .