Волоконная оптика зафиксировала ледниковые землетрясения в трещинах альпийского ледника

Волоконно-оптический кабель, развернутый на швейцарском леднике, зарегистрировал сейсмические сигналы от раскрытия трещин во льду. Это подтверждает, что данная технология может быть полезна для мониторинга подобных ледовых землетрясений, о чем сообщили на ежегодном собрании Сейсмологического общества Америки.

Образование трещин критически важно для стабильности ледников, поскольку они служат каналами для талой воды, которая, достигая скального ложа, ускоряет движение ледника и усиливает его таяние. Однако суровые условия на растрескавшемся леднике затрудняют размещение традиционных сейсмических инструментов для измерения ледовых землетрясений. Источник сейсмических сигналов при ледовом землетрясении отличается от сдвиговых сил тектонического землетрясения или взрывного источника детонации. Как пояснил Том Хадсон из ETH Zürich, трещина — это «источник раскрытия, где происходит чистое открытие разлома только в одном направлении».

Новое исследование Хадсона, Андреаса Фихтнера (ETH Zürich) и их коллег представляет собой реальный тестовый случай обнаружения этого типа сейсмичности в подповерхностном слое с помощью волоконной оптики. «Это максимально близко к сейсмическому источнику, насколько возможно. Наши ледовые землетрясения происходят в пределах десяти метров от оптоволоконного кабеля, что довольно редко», — отметил Хадсон. Успех метода предполагает, что он может оказаться полезным для мониторинга аналогичных трещин, которые могут образовываться в горных породах при хранении углерода или в геотермальных энергетических системах.

Исследователи развернули плотную 2D-сеть волокон в поле трещин на леднике Горнер, втором по величине леднике Швейцарии. Одной из основных задач при сборе сейсмических данных с помощью оптоволокна является обеспечение хорошего контакта кабеля с грунтом. Ученым повезло с условиями: днем кабель нагревался и немного вплавлялся в лед, а ночью замерзал на месте, обеспечивая идеальное сцепление. Команда обнаружила и локализовала 951 ледовое землетрясение. Анализ данных также позволил сравнить их с информацией от традиционных сейсмических датчиков. Волоконно-оптический кабель предоставил почти в 20 раз больший объем данных и оказался чувствителен к более широкому диапазону частот, включая низкочастотные сигналы, длящиеся часами или днями, что позволяет измерять изгиб льда во времени.

В планах исследователей — использовать волоконную оптику для измерения скоростной структуры льда и создания его 3D-изображения. «Мне очень хочется количественно оценить протяженность и плотность разломов, понять, насколько поврежден лед в этой области, чтобы увидеть, где землетрясения генерируются трещинами. Мы еще не подсчитали, сколько там трещин и какого они размера — в этом наша надежда на будущее», — заключил Хадсон.