Горнерглетчер — второй по величине ледник Швейцарии — стал площадкой для уникального эксперимента по регистрации ледяных землетрясений с помощью оптоволоконных технологий. Впервые исследователи внедрили плотную двумерную сеть оптоволоконного кабеля прямо в поле трещин ледника для изучения процессов раскрытия разломов в ледяной толще. Эти результаты были представлены на ежегодном собрании Сейсмологического общества Америки.
Трещинообразование играет ключевую роль в динамике ледников. Через разломы талые воды попадают к основанию ледника, ускоряя его движение и таяние. Однако экстремальные условия ледниковой среды делают невозможным постоянное использование традиционных сейсмологических приборов — они либо выходят из строя, либо недостаточно чувствительны.
Том Хадсон из ETH Zürich объясняет отличие источников сейсмических сигналов в леднике: «Землетрясения в леднике — это чистое раскрытие трещин в одном направлении, так называемый crack source. Это не сдвиг, как в тектонических землетрясениях, и не взрыв, как при детонации». Такое поведение сигнала требует новых подходов к регистрации.
Ведущими исследователями стали Том Хадсон и Андреас Фихтнер (оба из ETH Zürich), который и представил работу на научном форуме. Это — первый успешный опыт фиксации сейсмических сигналов раскрывающихся трещин в ледяной толще с помощью оптоволокна в реальных условиях. Разломы фиксировались на расстоянии менее десяти метров от кабеля, что необычайно близко для подобных наблюдений.
Технология обладает потенциалом для расширения применения за пределами гляциологии. Аналогичный подход может быть использован для мониторинга трещин в резервуарах для хранения углерода и геотермальных системах, где важно отслеживать целостность пород.
Укладка кабеля была проведена на стыке лета и зимы, когда ледник свободен от снежного покрова и меньше риск скрытых трещин. Для максимального сцепления с ледником использовали суточные перепады температуры: днём чёрный кабель слегка втапливался в лёд за счёт нагрева и таяния, а ночью фиксировался замерзшей водой.
В ходе эксперимента было зафиксировано 951 ледяное землетрясение. Анализ сигналов показал ярко выраженные осцилляции после прохождения поверхностных сейсмических волн. Исследователи предположили, что такой эффект вызван резонансом волн между соседними трещинами, а не движением воды.
Сравнение с традиционными сейсмическими узлами выявило существенные преимущества оптоволокна. Система собрала примерно в 20 раз больше данных, позволив зафиксировать полное сейсмическое поле, что ранее было невозможно в сейсмологии. Кроме того, оптоволоконный кабель чувствителен к более широкому диапазону частот, включая низкочастотные сигналы, длящиеся часами и днями. Это открывает возможность отслеживать гибкость ледника и его изменение во времени.
В перспективе команда планирует использовать оптоволоконные данные для построения трёхмерных изображений структуры ледяных толщ, количественной оценки размеров и плотности трещин, а также точного определения зон зарождения ледяных землетрясений. Пока эти параметры не определены, однако дальнейшие исследования нацелены именно на их расчет.
Исследование проводилось при поддержке ETH Zürich и было представлено Сейсмологическим обществом Америки.
Изображение носит иллюстративный характер
Трещинообразование играет ключевую роль в динамике ледников. Через разломы талые воды попадают к основанию ледника, ускоряя его движение и таяние. Однако экстремальные условия ледниковой среды делают невозможным постоянное использование традиционных сейсмологических приборов — они либо выходят из строя, либо недостаточно чувствительны.
Том Хадсон из ETH Zürich объясняет отличие источников сейсмических сигналов в леднике: «Землетрясения в леднике — это чистое раскрытие трещин в одном направлении, так называемый crack source. Это не сдвиг, как в тектонических землетрясениях, и не взрыв, как при детонации». Такое поведение сигнала требует новых подходов к регистрации.
Ведущими исследователями стали Том Хадсон и Андреас Фихтнер (оба из ETH Zürich), который и представил работу на научном форуме. Это — первый успешный опыт фиксации сейсмических сигналов раскрывающихся трещин в ледяной толще с помощью оптоволокна в реальных условиях. Разломы фиксировались на расстоянии менее десяти метров от кабеля, что необычайно близко для подобных наблюдений.
Технология обладает потенциалом для расширения применения за пределами гляциологии. Аналогичный подход может быть использован для мониторинга трещин в резервуарах для хранения углерода и геотермальных системах, где важно отслеживать целостность пород.
Укладка кабеля была проведена на стыке лета и зимы, когда ледник свободен от снежного покрова и меньше риск скрытых трещин. Для максимального сцепления с ледником использовали суточные перепады температуры: днём чёрный кабель слегка втапливался в лёд за счёт нагрева и таяния, а ночью фиксировался замерзшей водой.
В ходе эксперимента было зафиксировано 951 ледяное землетрясение. Анализ сигналов показал ярко выраженные осцилляции после прохождения поверхностных сейсмических волн. Исследователи предположили, что такой эффект вызван резонансом волн между соседними трещинами, а не движением воды.
Сравнение с традиционными сейсмическими узлами выявило существенные преимущества оптоволокна. Система собрала примерно в 20 раз больше данных, позволив зафиксировать полное сейсмическое поле, что ранее было невозможно в сейсмологии. Кроме того, оптоволоконный кабель чувствителен к более широкому диапазону частот, включая низкочастотные сигналы, длящиеся часами и днями. Это открывает возможность отслеживать гибкость ледника и его изменение во времени.
В перспективе команда планирует использовать оптоволоконные данные для построения трёхмерных изображений структуры ледяных толщ, количественной оценки размеров и плотности трещин, а также точного определения зон зарождения ледяных землетрясений. Пока эти параметры не определены, однако дальнейшие исследования нацелены именно на их расчет.
Исследование проводилось при поддержке ETH Zürich и было представлено Сейсмологическим обществом Америки.
