शान डू के डेस्क पर हार्ड ड्राइव के तीन साफ-सुथरे टॉवर खड़े हैं। कुछ ही महीनों में भरे, उनके पास कुछ 500 टेराबाइट भूकंपीय डेटा हैं। यह डेटा एकत्र करने और संसाधित करने के लिए एक बड़े पैमाने पर डेटा की एक मनमौजी है- वर्तमान में भूकंपीय डेटा के राष्ट्रीय भंडार में मौजूद राशि से थोड़ा अधिक है, जिसमें 1970 के बाद से एक संग्रह है।
यह सब जानकारी कहाँ से आ रही है? जवाब आपके पैरों के नीचे है: फाइबर ऑप्टिक्स।
DU लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी में एक पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता है जो फाइबर ऑप्टिक केबलों के हजारों मील की दूरी पर काम कर रहा है जो भू-गर्भ जागरूकता में उपयोग करने के लिए ग्लोब को पार करता है- भूस्खलन, पर्माफ्रॉस्ट ढलान, सिंकहोल्स और यहां तक कि इंजेक्ट किए गए कार्बन डाइऑक्साइड में परिवर्तन। लेकिन एक नए अध्ययन में, डीयू की नींव के काम पर आधारित है और पिछले महीने जर्नल जियोफिजिकल रिसर्च लेटर्स में प्रकाशित हुआ, शोधकर्ताओं ने एक विशेष खतरे का पता लगाने के लिए तंतुओं की क्षमता और बहुमुखी प्रतिभा पर ध्यान दिया: भूकंप।
जमीन में छोटे झटके का पता लगाने के लिए, शोधकर्ता आमतौर पर संवेदनशील उपकरणों का उपयोग करते हैं जिन्हें सीस्मोमीटर कहा जाता है। लेकिन इन इकाइयों में से प्रत्येक को स्थापित करना महंगा हो सकता है और बनाए रखना मुश्किल हो सकता है। और वे हमेशा उपयोग करने के लिए संभव नहीं हैं, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में पीएचडी के छात्र नैट लिंडसे, बर्कले की सीस्मोलॉजिकल लैब और नए अध्ययन के प्रमुख लेखक बताते हैं। उन्होंने कहा, "ऐसे क्षेत्र हैं जहां एक भूकंपीय केंद्र रखना महत्वपूर्ण हो सकता है- मैं अपतटीय सोच रहा हूं, मैं शहरी क्षेत्रों के बारे में सोच रहा हूं- जहां यह ... एक तार्किक दृष्टिकोण से और एक सुरक्षा दृष्टिकोण से मुश्किल है, " वे कहते हैं।
नैट लिंडसे ने रिचमंड फील्ड स्टेशन (सौजन्य जोनाथन अजो-फ्रैंकलिन) में ट्रिम केबल किया यही कारण है कि फाइबर ऑप्टिक्स - और डेटा के पहाड़ - अंदर आते हैं। हजारों फाइबर ऑप्टिक लाइनें हमारे देश में फैलती हैं, यहां तक कि महासागरों में फैली हुई हैं। इसलिए, अगर शोधकर्ताओं ने भूकंप की निगरानी के लिए इस प्रणाली का उपयोग कर सकते हैं, तो यह एक अभूतपूर्व मात्रा में जानकारी प्रदान करता है, डौ कहते हैं, जिन्होंने यूसी बर्कले में लिंडसे के साथ काम किया और अपनी पीएचडी पूरी की।
विचार काफी सरल है। कई फाइबर ऑप्टिक कंपनियाँ ज़रूरत से ज़्यादा फ़ाइबर ऑप्टिक केबल लगाती हैं, जिसके परिणामस्वरूप तथाकथित "डार्क फ़ाइबर" की व्यवस्था होती है-भूमिगत फाइबर में बँधे हुए फाइबर- जो वैकल्पिक उद्देश्यों के लिए नियोजित किए जा सकते हैं, जैसे भूकंप संवेदन। लेकिन इन फाइबर ऑप्टिक लाइनों में से प्रत्येक अपूर्ण है। जब आप अलग-अलग फाइबर ऑप्टिक स्ट्रैंड्स में लाइट को बीम करते हैं, तो संरचना की ये खामियां प्रकाश के एक अंश को वापस उछाल देती हैं। शोधकर्ताओं ने जमीन के कंपन के कारण इन लौटे हुए ग्लेमर, समझदार मिनट के संकुचन या केबलों के विस्तार को भेजने और मापने के लिए लाइन के एक छोर पर एक लेजर इंटरफेरोमीटर के रूप में जाना जाता है कि क्या कर सकते हैं।
"एक नेटवर्क में ऑप्टिकल फाइबर का हर मीटर एक सेंसर की तरह काम करता है और इसे स्थापित करने में एक डॉलर से भी कम खर्च होता है, " स्टैनफोर्ड के एक भूभौतिकीविद् और नए पेपर के लेखक बियोनडो बियोन्डी ने एक प्रेस विज्ञप्ति में कहा है। "आप उस तरह के कवरेज, घनत्व और कीमत के साथ पारंपरिक सीस्मोमीटर का उपयोग करके कभी भी नेटवर्क नहीं बना पाएंगे।"
"यह उसकी सुंदरता है, " डौ बताते हैं, "हमें कुछ विशेष बनाने की ज़रूरत नहीं है, बस कुछ खरीदना है जो दूरसंचार के लिए पहले से ही व्यापक रूप से उपलब्ध है।"
लेकिन यह पता लगाने के लिए कि भूकंप का पता लगाने के लिए उन तंतुओं का उपयोग कैसे करना है, थोड़ा अधिक काम करता है। एक बड़ा अज्ञात संवेदनशीलता है। तेल और गैस उद्योग से जमीन में कंपन को मापने के लिए फाइबर ऑप्टिक्स का यह उपयोग किया गया था, जो पाइपलाइनों और कुओं की निगरानी करने के लिए लाइनों का उपयोग करता था - वाहनों के आने की गड़गड़ाहट के लिए सुनने जैसी चीजों को करके। लेकिन इन उद्देश्यों के लिए, फाइबर ऑप्टिक्स आमतौर पर "युग्मित" होते हैं, या जमीन में सीमेंट होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप पृथ्वी के ग्रंबल और फाइबर को हिलाता है।
"लोगों को विश्वास नहीं था कि यह काम करेगा, " एलेन मार्टिन, बायोनडी की प्रयोगशाला में स्नातक छात्र और कागज पर एक अन्य लेखक कहते हैं। "वे हमेशा मानते थे कि एक अछूता ऑप्टिकल फाइबर उपयोगी होने के लिए बहुत अधिक सिग्नल शोर उत्पन्न करेगा।" लेकिन स्टैनफोर्ड, यूसी बर्कले और बर्कले नेशनल लैब के बीच सहयोग के रूप में किए गए प्रारंभिक परीक्षण आशाजनक हैं।
यूसी बर्कले के शोधकर्ता पांच साल के लिए उपसतह की निगरानी के लिए फाइबर ऑप्टिक्स का उपयोग करने पर काम कर रहे हैं, महत्वपूर्ण विशेषताओं, जैसे कि पानी की मेज में बदलाव का अध्ययन करने के लिए फाइबर के साथ गुजरने वाली कारों की तरह शोर की रिकॉर्डिंग कर रहे हैं। (सितंबर में, टीम ने अलास्का और स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी में यूएस आर्मी कोल्ड रीजन रिसर्च एंड इंजीनियरिंग लेबोरेटरी में वैज्ञानिकों के साथ मिलकर इस काम को साइंटिफिक रिपोर्ट्स में प्रकाशित किया । ) भूकंप की निगरानी के लिए फाइबर ऑप्टिक क्षमता के नए अध्ययन के लिए, वैज्ञानिकों ने तुलना की। फेयरबैंक्स, अलास्का के पास दफन फाइबर ऑप्टिक लाइनों, रिचमंड, कैलिफ़ोर्निया में एल-आकार की लाइनों, और स्टैनफोर्ड के परिसर में चल रहे मौजूदा दूरसंचार नाली में स्थापित एक आंकड़ा -8 लूप सहित तीन अलग-अलग फाइबर ऑप्टिक सरणियों का उपयोग करके भूकंप अवलोकन।
जोनाथन अजो-फ्रैंकलिन (बाएं) ने रिचमंड फील्ड स्टेशन पर एक प्रयोगात्मक फाइबर ऑप्टिक परीक्षण सरणी स्थापित की। (सौजन्य जोनाथन अजो-फ्रैंकलिन) टीम ने सभी तीन प्रणालियों में कई घटनाओं को दर्ज किया है। अकेले स्टैनफोर्ड पाश में, शोधकर्ताओं ने सितंबर 2016 में डेटा संग्रह शुरू होने के बाद से 800 से अधिक टेम्बलरों को सूचीबद्ध किया है, जो घटनाओं के पारित होने के बाद डेटा में संकेतों को उठाते हैं। "हम उन्हें मेक्सिको से देख सकते हैं, इटली से, ओक्लाहोमा से ... साथ ही स्टैनफोर्ड परिसर में नन्हा नन्हा, " बीओंडी कहते हैं।
नक्शा फाइबर ऑप्टिक भूकंपीय वेधशाला के हिस्से के रूप में स्टैनफोर्ड परिसर के नीचे स्थापित ऑप्टिकल फाइबर के 3-मील, आकृति -8 लूप का स्थान दिखाता है। (स्टैमेन डिज़ाइन एंड द विक्टोरिया एंड अल्बर्ट संग्रहालय) कुल मिलाकर परिणाम उत्साहजनक हैं। जैसा कि बीओंडी कहते हैं, "संभावित रूप से सभी टुकड़े वहां हैं, " लेकिन सिस्टम को कार्रवाई में रखने के लिए अधिक काम करने की आवश्यकता है।
वर्तमान में, लिंडसे और उनकी टीम सैक्रामेंटो, कैलिफोर्निया में 13-मील डार्क फाइबर में फाइबर ऑप्टिक्स की क्षमताओं का परीक्षण कर रही है, जिसका स्वामित्व कंपनी लेवल 3 कम्युनिकेशंस के पास है, जिसे हाल ही में सेंचुरीलिंक ने खरीदा था। वे अपने मापा संकेत की तुलना पारंपरिक सीस्मोमीटर से कर रहे हैं।
"तुलना अच्छा है, " लिंडसे कहते हैं। "फाइबर ऑप्टिक सेंसिंग में फायदे और नुकसान को समझने और स्पष्ट करने के लिए बहुत अधिक शोध किया जाना है। लेकिन फाइबर ऑप्टिक सेंसर में संकेत है कि शोर स्तर से ऊपर है, और यह उपयोगी है।" वे इस परियोजना पर एक पांडुलिपि तैयार कर रहे हैं जो अगले महीने एक सहकर्मी की समीक्षा की गई पत्रिका में प्रकाशन के लिए प्रस्तुत की जाएगी।
फाइबर ऑप्टिक भूकंप संवेदन के व्यापक अनुप्रयोग के लिए संवेदनशीलता अभी भी चिंता का विषय है। "फिलहाल, फाइबर पारंपरिक सीस्मोमीटर की तुलना में कम संवेदनशीलता है, " डौ कहते हैं। अन्य सहयोगियों, वह नोट करती हैं, वर्तमान में फाइबर ऑप्टिक संवेदन क्षमताओं में सुधार के तरीकों की जांच कर रही हैं। मौजूदा दूरसंचार नेटवर्क की स्थापना शर्तों के बारे में बहुत सारे अज्ञात हैं। छोटे टूकस, जैसे कि एक नाली में फाइबर ऑप्टिक केबल की संख्या, डिटेक्शन को प्रभावित कर सकती है और इस तरह से भूकंप के बारे में सटीक जानकारी को रिले करने की फाइबर की क्षमता।
समान रूप से महत्वपूर्ण वास्तविक समय में डेटा की इतनी बड़ी मात्रा को संसाधित करने और विश्लेषण करने के तरीकों को विकसित करने की आवश्यकता है। "यह काम करने के लिए डेटा का एक बड़ा खेल का मैदान है, " लिंडसे कहते हैं। "लेकिन मैं उस दिन का इंतजार कर रहा हूं जब इस तरह की समस्या को हल करने के लिए छात्रों को हार्ड ड्राइव का सूटकेस नहीं लेना चाहिए।"
क्ले किर्केन्डल के लिए, नेवी के एक शोधकर्ता, जिन्होंने पिछले 20 वर्षों से फाइबर ऑप्टिक सेंसर के साथ काम किया है, लागत नई प्रणाली के साथ एक चिंता का विषय है। "निश्चित रूप से फाइबर पहले से ही हैं और यह लागत का एक बड़ा हिस्सा है, " किर्केंडाल कहते हैं, जो अध्ययन का हिस्सा नहीं था। लेकिन आपको अभी भी लाइनों को हल्का उछालने और लौटने के संकेतों को मापने के लिए एक उपकरण की आवश्यकता है- और सिस्टम के इस पहलू पर कंजूसी से संवेदनशीलता का त्याग किया जा सकता है, वे कहते हैं। यह स्पष्ट नहीं है कि इस समय उच्च गुणवत्ता वाले लेजर पूछताछकर्ताओं की लागत कितनी होगी, लेकिन बीओंडी को उम्मीद है कि प्रौद्योगिकी के रूप में उन प्रणालियों की लागत में कमी आएगी।
यदि शोधकर्ता उन किंक को बाहर निकाल सकते हैं, तो फाइबर ऑप्टिक्स भूकंप की निगरानी की कई चुनौतियों का समाधान प्रस्तुत कर सकते हैं। यह तकनीक उन प्रणालियों को बेहतर बनाने में विशेष रूप से उपयोगी हो सकती है जो पास के भूकंप के समुदायों को झटका देने के लिए अतिरिक्त समय का सिर्फ एक अंश देने के लिए चेतावनी देती हैं। इस तरह के नेटवर्क के सकारात्मक प्रभावों और असफलताओं पर इस साल की शुरुआत में मैक्सिको की श्रृंखलाओं में जोर दिया गया था।
फाइबर ऑप्टिक भूकंपीय वेधशाला ने 8 मई, 2017 को मध्य मैक्सिको में आए 8.2 तीव्रता के भूकंप का सफलतापूर्वक पता लगाया। (सियुआन युआन) मैक्सिकन भूकंपीय चेतावनी प्रणाली, या SASMEX, लंबित भूकंपों की जनता को सूचित करने वाली पहली प्रारंभिक चेतावनी प्रणाली है। सीस्मोमीटर का एक नेटवर्क, यंत्र पारंपरिक रूप से भूकंप, देश के धब्बेदार वर्गों, झटके के लिए निगरानी करने के लिए उपयोग किया जाता है। जैसे ही यह नेटवर्क संभावित चिंता के लिए कुछ बड़ा दर्ज करता है, चेतावनी निकल जाती है, जो आने वाले झटके पर सूचना के पूरे एक मिनट से लेकर कहीं भी प्रदान कर सकती है।
लिंडसे इस बात पर जोर देते हैं कि यह विचार मौजूदा प्रणालियों को बदलने के लिए नहीं है- "अपने सबसे अच्छे [फाइबर ऑप्टिक्स] सर्वश्रेष्ठ सीस्मोमीटर जितना अच्छा नहीं हो सकता है, " वह नोट करता है - बल्कि उन्हें बढ़ाने के लिए। वे कहते हैं, "हम फाइबर ऑप्टिक सिस्मोलॉजी को भूकंप के शुरुआती चेतावनी तकनीकों के पूरक के रूप में देखते हैं, जो अब ग्रह के चारों ओर बनाए जा रहे हैं, " वे कहते हैं।
हालांकि अभी भी ऐसा करने के लिए बहुत अधिक काम करना बाकी है, लेकिन शोधकर्ताओं और कई विश्वविद्यालयों की टीमें इस मामले में हैं। "यह वास्तव में सामूहिक रूप से एक बड़ा प्रयास है, " डौ कहते हैं, यह देखते हुए कि कैलटेक की एक टीम इसी तरह के अंधेरे फाइबर परियोजनाओं पर काम कर रही है।
"यह एक तेजी से विकसित क्षेत्र है, और हम सिर्फ एक अग्रणी स्थान पर रहने के लिए भाग्यशाली हैं, " वह कहती हैं।
