光纖也能測地震,冰島成為最新嘗試國家

作者 | 發布日期 2018 年 07 月 23 日 7:45 | 分類 尖端科技 , 環境科學 , 網通設備 follow us in feedly

冰島位於大西洋中央的中洋脊,帶來溫泉與地熱,絕世的冰火地形景觀,但當然因此隨時有火山爆發、地震的危機,最好能隨時監控,但若要到處裝設地震感測器費時費力成本又高,該如何有更簡便的辦法能測知地震資料呢?在日本、墨西哥,已經應用光纖來測地震,原本就是為網路骨幹及有線電視傳輸鋪設的光纖,也可同時拿來當地震偵測器,一魚兩吃,冰島成為最新嘗試這項技術的國家。



光纖測地震乍看之下很離奇,但其實只是基本的物理原理。光在不同介質中的速度不同,簡單的實驗就是將筷子插到水中,看起來筷子會折彎,這是因為光在水中與空氣中速度不同,經過水與空氣的交界時,就產生折射;同樣的原理,光纖的玻璃纖維是光的介質,只要光纖某一段玻璃受到擠壓,或是熱漲冷縮,都會使光在其中傳播發生微小變化,接收端比對發送端的變化,就能藉此偵測到光纖受到的溫度壓力變化,並由變化的時間差除以光速,就能知道發生的位置在光纖何處。

天災頻仍的日本,已經應用這樣的技術來測量遠洋地震,當作海嘯的預警措施。日本鋪設海底光纖,一方面連接正式的偵測器為訊號傳輸使用,一方面光纖本身能涵蓋更大範圍的偵測作用,當偵測到震波,日本本土能提早發布海嘯警報,爭取逃難時間。也是地震大國的墨西哥,也有應用類似的技術。

冰島此次嘗試,由亥姆霍茲德國地理研究中心(GFZ German Research Centre for Geosciences)的菲利浦‧朱賽(Philippe Jousset)博士領軍,利用 1994 年時就已鋪設於冰島兩處地熱發電設施之間的 15 公里長光纖為實驗對象,只要從發送端發射雷射光,從光是否受到影響變化,就能得知 15 公里中間的光纖經過地區是否有溫度壓力變化。若有地震發生,地震波壓迫或拉扯光纖造成的變化,馬上會被光纖測知,測試人員可在遠端機房就得知。

(Source:論文

一開始測試團隊並不清楚能測出哪些變化,實地測試後發現,可以測得的變化極其靈敏,不論地震或是有車輛開過,甚至行人走過都能測出來,測試期間甚至還偵測到印尼地震橫越整個地球傳來的震波。研究團隊表示,光纖測地震的能力就跟正式的偵測器一樣好。

對許多先進國家來說,應用光纖最好的一點是,全國因為網路骨幹等建設,已鋪設好了光纖網路,這些光纖都可用來當作偵測器,比起到處設置正式的地震偵測器便宜又立即可用。

事實上,光纖的應用也不僅用於測量地震,在台灣,台鐵已開始測試沿著鐵軌鋪設光纖,可即時監控鐵軌的溫度與彎曲度變化,避免炎炎夏日鐵軌熱漲冷縮不均發生出軌現象,只可惜尚未全面鋪設。中華電信的光纖也早已添加相關設備,一旦光纖因天災人禍斷裂,隨時可知道斷點,相關資料若能整併至中央災害防救,將對防災救災有相當大的貢獻。

冰島如今開始測試光纖的偵測應用,台灣其實早於冰島就開始應用光纖的其他應用,也有一定成效,但卻沒有全面推廣,發揮到極致,相當可惜,若再過幾年,可能又變成一項「冰島能,為何台灣不能」,卻不知,其實這本來可能是「台灣能,為何冰島不能」的事。

(首圖來源:pixabay