صفائح الأرض التكتونية تتحرك بشكل دائم. وهي سبب نشوء التضاريس، ومسؤولة عن البراكين والزلازل أيضا. وعلى الرغم من قسوة البراكين والزلازل، والزلازل خاصةً، إلا أنها كانت السبيل أمام العلماء لفهم طبقات الأرض. فالزلازل تحدث نتيجة حركة صفائح الأرض، فتتراكب إحداها، وتتباعد إحداها. وحين التراكب مثلا ومع الضغط الشديد على الصخور، تنهار مطلقة طاقة تسمى بالطاقة المرنة (Elastic energy) تنقسم إلى عدة أنواع، وتصل إلى السطح كما هي مرتبة أدناه. وهي:
1- الموجات الأساسية (P waves).
2- الموجات الثانوية (S waves).
3- الموجات السطحية (Surface waves).
الموجات (1) و(2) يطلق عليها العلماء بأنها الموجات الجسيمية أو الداخلية (Body waves)، وذلك لأنها تكون تتحرك حصرا في الأرض، وكل منها يتميز عن الآخر بخواص.
بالنسبة للموجات السطحية، فهي كذلك تقسم إلى قسمين (Rayleigh Waves)، و(Love Waves) وهي مسماة بأسماء العلماء الذين اكتشفوها. هذه الموجات تتميز أنها تتحرك على سطح الأرض، وعليه فهي السبب في معظم الدمار الذي تحدثه الزلازل.
وكما ذكر أعلاه، فإن التمايز ما بين الموجات الأساسية والثانوية في خواصها وسرعتها وفي الأوساط التي بإمكانها المسير بها، يعطي العلماء الإمكانية للتنبؤ بمكان حدوث الزلزال، كذلك يتأتى لهم من ذلك القدرة إلى فهم مكنونات الأرض الداخلية. خاصة لو استخدمنا أجهزة التنبؤ في عمق المحيطات فتزاد فعالية هذه الأنظمة بكافة الأصعدة. غير أن بناء منظومة من هذه الأجهزة المسماة ocean bottom seismometers أمر بالغ الصعوبة، كذلك فإن الاتصالات معها لاسلكيا وهي داخل الماء إشكالية أخرى بسبب ظاهرة skin effect في ماء البحر، فتوضع في البحر فترة ثم تسحب وتلتقط التسجيلات منها ثم تدرس. أو توصل سلكيا وهذا غير عملي.
في الورقة العلمية [1] تجربة لرصد للموجات الزلزالية عبر الألياف البصرية بكيفية مبتكرة عن التطبيق الحالي المستخدم للرصد عبر الألياف البصرية. فالتطبيق المستخدم حاليا وهو ((DAS)Distributed Acoustic Sensing) بُني على أن الليف البصري حساس جدا للبيئة حوله وعلى ظاهرة Rayleigh Scattering فيه. فأي تغير في البيئة حول الليف يسبب تغييرات في وضع الجزئيات فيه والتي بدورها تسبب تغير نمط الموجات الراجعة، والتي من خلال دراستها نستطيع التنبؤ بالحدث الحاصل ومكانه. لكن هذه الطريقة تكون ممكنة فقط للألياف بطول يصل إلى 100كم، أما بعدها فتكون الموجات المرتدة ذات (SNR) قليل فلا يمكن الاستفادة منه في الألياف البصرية التي تربط قارات العالم لغرض دراسة موجات الزلازل.
لكن الورقة العلمية أتت بمنظور مختلف، فلقد استخدمت طريقة أخرى وذلك بتمرير ليزر عال الدقة وتمريره في زوج وحيد من الفايبر، وفي الجهة الأخرى يوصل مع زوجه الآخر ويعود إلى المصدر. في المصدر يتم مقارنة الموجة الأصلية والموجة الراجعة، وبدراسة أثر الزمن المستغرق وهو كذلك (Frequency shift) ما بين الشعاعين ترصد موجات الزلازل. وفي الورقة تبيان للتجربة والتي في الصورة أدناه وهي مأخوذة من الورقة.
الشركة الغنية عن التعريف (Google) في [2] طبقت هذه التجربة بالاستعانة بأليافها البصرية الممتدة حول العالم، ورصدت زلزالين عبرها ودونت ذلك مع نتائجه. كذلك جاء في الورقة كذلك في نتائجها أنه بالإمكان عمل أنظمة لرصد الزلازل، وموجات تسونامي، بإنشاء أنظمة تستخدم هذا الألياف البصرية لهذا، وتكون داخلة في أنظمة التحذير المبكر من الزلازل (EEWS) التقليدية الأخرى والتي عادة ما تكون على ظهر اليابسة.
المراجع:
[1]: https://www.science.org/doi/10.1126/science.aat4458
[2]: https://cloud.google.com/blog/products/infrastructure/using-subsea-cables-to-detect-earthquakes
