Na Califórnia, percorrendo milhares de quilômetros pelo estado, há uma extensa rede de cabos de fibra óptica que fornece acesso à internet para a população.

No entanto, estudos recentes apontam para uma utilização adicional surpreendente desses cabos subterrâneos: a detecção e medição de terremotos.

Um novo estudo conduzido por pesquisadores da Caltech revela a aplicação de uma seção de cabo de fibra óptica para aferir detalhes intrincados de um terremoto de magnitude 6, possibilitando a identificação precisa de quatro asperezas individuais, ou seja, áreas com maior resistência ao deslocamento ao longo da falha, que contribuíram para o evento sísmico.

Há alguns anos, o professor de geofísica Zhongwen Zhan (PhD ’14) e sua equipe têm se dedicado a demonstrar que o reaproveitamento de cabos de fibra óptica é uma abordagem viável para ampliar consideravelmente nossa capacidade de monitorar a atividade sísmica.

Esse método, denominado sensoriamento acústico distribuído, permite criar uma densa rede de sismômetros improvisados.

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O recente estudo, publicado na conceituada revista científica Nature, demonstrou que apenas uma seção de 100 quilômetros de cabo foi suficiente para obter informações precisas sobre a complexa mecânica envolvida em um terremoto específico ocorrido em 2021.

Tal resultado sugere que o acesso a uma maior quantidade de cabos de fibra óptica possibilitaria uma compreensão mais profunda da física dos terremotos e, em última instância, o desenvolvimento de sistemas de alerta precoce mais eficazes.

Zhongwen Zhan enfatiza que, caso seja alcançada uma ampla cobertura para monitorar a atividade sísmica, poderá haver uma revolução na forma como os terremotos são estudados, bem como uma melhoria significativa no fornecimento de alertas antecipados.

É importante ressaltar que, embora ainda não seja possível prever terremotos, o sensoriamento acústico distribuído permitirá uma compreensão mais aprofundada dos fatores subjacentes às rupturas tectônicas.

Atualmente, na região sul da Califórnia, existem aproximadamente 500 sismômetros distribuídos em uma área de cerca de 56.500 milhas quadradas, representando um alto custo, em torno de US$ 50.000 por unidade.

Em contrapartida, a adoção de cabos de fibra óptica em todo o estado poderia equivaler à implantação de milhões de sismômetros.

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Para utilizar um cabo de fibra óptica como sismômetro, emissores de laser são posicionados em uma das extremidades do cabo, disparando feixes de luz através dos finos e longos fios de vidro que compõem o núcleo do cabo.

Esses fios de vidro possuem pequenas imperfeições que refletem uma ínfima parte da luz de volta à fonte, onde é registrada.

Dessa forma, cada imperfeição atua como um ponto de referência rastreável ao longo do cabo de fibra óptica, geralmente enterrado logo abaixo da superfície do solo.

Quando ondas sísmicas percorrem o solo, provocam pequenos movimentos no cabo, alterando o tempo de viagem da luz de ida e volta entre esses pontos de referência.

Assim, as imperfeições ao longo do comprimento do cabo funcionam como milhares de sismômetros individuais, permitindo que os sismólogos observem o comportamento das ondas sísmicas.

Neste novo estudo, a equipe investigou as assinaturas luminosas que percorriam um trecho de cabo de fibra óptica localizado no leste de Sierra Nevada durante o terremoto de magnitude 6 ocorrido em 2021 no Vale de Antelope.

A seção do cabo, equivalente a cerca de 10.000 sismômetros, revelou detalhes surpreendentes ao identificar que o terremoto de magnitude 6 era composto por uma sequência de quatro rupturas menores, denominadas “subeventos”.

Esses “mini terremotos” não poderiam ser detectados por uma rede sísmica convencional.

Em colaboração com o laboratório de Nadia Lapusta, Professora de Engenharia Mecânica e Geofísica Lawrence A. Hanson Jr., a equipe desenvolveu um modelo preciso do terremoto de magnitude 6 com base nas medições da atividade sísmica.

Esse modelo permitiu identificar o momento exato dos quatro subeventos e suas localizações precisas na região da falha.

O uso do cabo de fibra óptica como uma série de sismômetros revelou aspectos da física dos terremotos que antes eram apenas hipóteses e difíceis de serem visualizados, conforme afirmou Zhan.

De forma análoga, podemos comparar essa tecnologia a um telescópio de quintal comum, que possibilita observar Júpiter, mas não permite visualizar suas luas ou detalhes de sua superfície.

Entretanto, o uso do cabo de fibra óptica se assemelha a um telescópio potente para terremotos, permitindo uma visão mais refinada e detalhada desses fenômenos naturais.

O artigo em questão recebe o título de “The break of earthquake asperities imaged by distributed acoustic sensing” (A ruptura das asperezas do terremoto visualizada pelo sensoriamento acústico distribuído).

O pesquisador associado de pós-doutorado em geofísica, Jiaxuan Li, é o primeiro autor do estudo.

Além de Zhan, Li e Lapusta, outros coautores incluem o estudante de pós-graduação Taeho Kim e o cientista da DAS Ettore Biondi. O financiamento para a pesquisa foi fornecido pela National Science Foundation.

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