fibra existente

Apr 28, 2023

12 de enero de 2023

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por Nancy Bazilchuk, Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología

Los más de 1,2 millones de kilómetros de cables de fibra óptica que atraviesan el planeta transportan las llamadas telefónicas, las señales de Internet y los datos del mundo. Pero este verano, los investigadores publicaron los misteriosos sonidos de las ballenas azules y de aleta detectados por un cable de fibra óptica en la costa oeste de Svalbard, por primera vez.

Ahora los investigadores quieren escuchar a escondidas a una bestia aún más grande: la Tierra misma.

La combinación de la red mundial de fibra óptica con los sistemas de detección remota existentes, como los satélites, podría crear una red global de monitoreo en tiempo real de bajo costo, dijo Martin Landrø, profesor del Departamento de Electrónica de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU). Systems y responsable del Centro de Pronósticos Geofísicos.

"Este podría ser un observatorio global innovador para las ciencias del océano y la Tierra", dijo. Landrø fue el autor principal de un artículo sobre cómo podría funcionar un sistema de este tipo, publicado en Scientific Reports.

Los cables de fibra óptica no son nada nuevo. Probablemente lleven la información que su computadora está decodificando para que pueda leer este artículo.

Sin embargo, lo que ha cambiado son las herramientas que se pueden utilizar para extraer información de estas redes. La herramienta en cuestión tiene el nombre bastante alarmante de un interrogador.

El interrogador se puede conectar a una red de cable de fibra óptica para enviar un pulso de luz a través del cable. Cada vez que una onda de sonido o una onda real golpea el cable submarino, la fibra se flexiona, solo un poco.

"Y podemos medir el estiramiento relativo de la fibra con extrema precisión", dijo Landrø. "Ha existido durante mucho tiempo, esta tecnología. Pero ha dado un gran paso adelante en los últimos cinco años. Así que ahora podemos usar esto para monitorear y medir señales acústicas en distancias de hasta 100 a 200 kilómetros. Así que eso es lo nuevo".

El equipo de Landrø, que incluye investigadores de Sikt, la Agencia Noruega de Servicios Compartidos en Educación e Investigación, y Alcatel Submarine Networks Norway, AS, que proporcionó los interrogadores, utilizó un cable de fibra óptica de 120 km de largo entre Longyearbyen, el asentamiento más grande de Svalbard, y Ny-Ålesund, un puesto de investigación en la costa suroeste de la isla más grande del archipiélago. Supervisaron el cable durante 44 días en 2020 y registraron más de 800 vocalizaciones de ballenas.

"El cable de fibra entre Longyearbyen y Ny-Ålesund, que se puso en producción en 2015 después de 5 años de planificación y trabajo previo, y financiado principalmente por nuestro ministerio, estaba destinado a servir a la comunidad de investigación y la estación geodésica en Ny Ålesund con alta y capacidad de comunicación resistente", dijo Olaf Schjelderup, jefe de la red nacional de investigación y educación de Sikt, en un artículo anterior sobre el proyecto de monitoreo. Schjelderup también fue coautor del nuevo artículo.

"El experimento de observación de ballenas y detección de DAS muestra un uso completamente nuevo de este tipo de infraestructura de fibra óptica, lo que da como resultado una ciencia excelente y única", dijo.

La tecnología es buena, pero el alcance sigue siendo una limitación. La esperanza es que mejore aún más a medida que mejore la tecnología, dijo Landrø.

"Aunque los interrogadores actuales aún no pueden detectar más allá de los repetidores que se usan normalmente en cables largos de fibra óptica, la tecnología se está desarrollando muy rápidamente y esperamos poder superar estas limitaciones pronto", dijo Landrø.

En el proceso de detección de llamadas de ballenas, los investigadores también pudieron detectar barcos que pasaban por encima o cerca del cable, una serie de terremotos y un extraño patrón de olas que finalmente se dieron cuenta de que se debía a tormentas distantes.

Las mediciones fueron lo suficientemente precisas como para poder correlacionar sus mediciones con cada evento exacto que había ocurrido, incluido un gran terremoto en Alaska, dijo Landrø.

"Vimos mucho tráfico de barcos, por supuesto, y muchos terremotos, el mayor de los cuales fue en Alaska", dijo. "Ese fue uno grande: lo vimos en todos los canales (en el cable) durante los 120 km. Y también vimos que podíamos detectar tormentas distantes".

Un ejemplo de cómo el sistema pudo detectar barcos involucró al Norbjørn, un barco de carga general que fue detectado cruzando el cable de fibra óptica a unos 86,5 km de Longyearbyen. Los investigadores pudieron estimar la velocidad del barco a partir de su trayectoria a través del cable y luego pudieron verificarla con la trayectoria del Sistema de Identificación Automática (AIS) del barco.

Inicialmente, los investigadores quedaron desconcertados por la docena de series de ondas que detectaron durante el período de monitoreo. Cada evento de ola duró entre 50 y 100 horas, donde la frecuencia de las olas aumentó monótonamente durante el evento. Pero finalmente se dieron cuenta de que las señales misteriosas eran las marejadas enviadas por tormentas lejanas.

"Estas son las olas del océano físicas que viajan sobre la superficie del mar", dijo Landrø.

Las ondas de frecuencia más baja viajan más rápido, seguidas de las ondas de frecuencia más alta que llegan hasta 6 días después. Es un patrón que se reconoció en 1963, cuando el oceanógrafo Walter Munk publicó un artículo que describía cómo los científicos podían averiguar de dónde venían las olas generadas por las tormentas, midiendo la pendiente de la gráfica de frecuencia-tiempo de las olas y haciendo algunos cálculos. .

Usando estos cálculos, el equipo de Landrø identificó la tormenta tropical Eduardo, que estaba a 4100 km de Svalbard en el Golfo de México. También identificaron una gran tormenta frente a Brasil, a 13.000 km del cable de Svalbard.

Los geólogos ya cuentan con una red de sensores que los ayudan a monitorear y medir los terremotos, llamados sismómetros. Estos instrumentos son sensibles y brindan una gran cantidad de información detallada, dijo Landrø.

Sin embargo, los sismómetros son caros y no están tan ampliamente distribuidos como la red de cable de fibra óptica del mundo.

El único inconveniente de la red de fibra óptica es que tiene una relación señal-ruido más baja. Eso significa que hay mucho ruido de fondo y la señal del terremoto no es tan clara o fuerte contra el ruido de fondo.

Pero la ventaja de la red de fibra es que está muy extendida y ya está instalada, lo que significa que podría proporcionar información adicional a los sismómetros existentes. La idea no sería reemplazar el sistema existente, sino complementarlo.

"La pregunta entonces es, ¿qué podemos aprender de un método que tiene una relación señal-ruido más baja, pero tiene una mejor cobertura espacial? ¿Cómo podríamos usar esa información adicional, aunque sea de menor calidad, para aprender más sobre el terremoto? y sus propiedades?" dijo Landro.

También está la cuestión de si las redes de fibra óptica existentes podrían usarse para monitorear tuberías submarinas, lo cual es especialmente importante dada la explosión a fines de septiembre que dañó las tuberías Nord Stream 1 y 2.

"¿Podemos usar esta tecnología de fibra óptica para monitorear y proteger la infraestructura en el lecho marino? Esa es una pregunta importante", dijo.

El desafío con las tuberías es que hacen ruido, ya que el gas fluye a través de la tubería.

"Con el ruido de fondo, tenemos que caracterizar la variabilidad natural. Y luego, si tienes algo que se acerca a esa tubería, ¿cuál es el umbral? ¿Cuándo actúas, qué puedes detectar? Y no lo sabemos", dijo. dicho. "Entonces, el plan es realizar pruebas específicas sobre esto".

Eventualmente, la idea podría ser tener un monitoreo en tiempo real de las tuberías para asegurarse de que sean seguras. Los investigadores ya tienen un flujo de datos acústicos en tiempo real de la red de fibra de Svalbard.

Más información: Martin Landrø et al, Detección de ballenas, tormentas, barcos y terremotos mediante un cable de fibra óptica del Ártico, Scientific Reports (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-23606-x

Información del diario:Informes científicos

Proporcionado por la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología