Những sợi cáp quang đang được sử dụng trên toàn cầu để truyền tải dữ liệu, cho phép truyền tải qua Internet với tốc độ cực nhanh và hình thành nên mạng toàn cầu World Wide Web. Chính những sợi cáp quang này cho bạn biết mọi thứ diễn ra trên trái đất, từ những rò rỉ mới nhất của tập phim Game of Thrones (Trò chơi vương quyền) cho đến những diễn biến mới nhất về các vụ tấn công khủng bố. Hiện nay, một nhóm các nhà nghiên cứu ở Đại học Stanford (Mỹ) đang sử dụng các sợi cáp quang đó để phát hiện các trận động đất và có khả năng phát triển thành một hệ thống cảnh báo.
Biondo Biondi, một giáo sư địa vật lý tại Đại học Stanford đã sử dụng một cuộn sợi cáp quang dài 3 mét trong khuôn viên đại học Stanford để ghi lại các rung chấn do hoạt động kiến tạo gây nên. Nhóm nghiên cứu của ông đã thành công trong việc tách các rung chấn từ những nguồn gần để chỉ tập trung vào hoạt động địa chấn và thấy rằng phát hiện này có thể là cơ sở để phát triển một hệ thống cảnh báo động đất hiệu quả nhất.
Theo bài viết được đăng trên website của Viện Kỹ nghệ Điện và Điện tử (Institute of Electrical and Electronics Engineers Spectrum), từ tháng 09/2016, nhóm nghiên cứu của giáo sư Biondo Biondi sử dụng đài quan trắc địa chấn bằng sợi cáp quang đã nghi lại được 800 địa chấn, trong đó có cả các tín hiệu từ trận động đất gần đây ở Mexico và những rung chấn từ những vụ nổ mỏ đá trong khu vực đó.
Nhóm nghiên cứu cũng cho biết thêm các sợi cáp quang này còn có thể phân biệt được hai loại sóng động đất, sóng P và sóng S. Đây là một yếu tố cực kỳ quan trọng đối với các hệ thống cảnh báo động đất bởi các sóng P di chuyển nhanh hơn nhưng sóng S lại gây ra nhiều thiệt hại hơn. Việc phát hiện được sóng P sớm là yếu tố then chốt trong việc dự đoán các trận động đất.
Mặc dù khía cạnh này của công nghệ cáp quang đã được các công ty dầu khí sử dụng, nhưng đây mới là nghiên cứu tổng thể toàn diện đầu tiên để ứng dụng nó trên phạm vi lớn hơn. Các công ty dầu khí này sử dụng các sợi cáp quang bằng cách gắn chúng vào bề mặt thiết bị như là ống dẫn dầu, hoặc gắn vào trong xi măng. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu lại sử dụng các sợi cáp quang rời đặt bên trong các ống nhựa, tương tự như một thiết bị truyền dẫn quang học chuẩn.
Nhóm nghiên cứu đã phải chịu rất nhiều hoài nghi khi họ thực hiện dự án này bởi ý tưởng khó tin của họ. Sử dụng một công nghệ đã có từ lâu và đã được sử dụng trước đây cho một mục đích khác xa với mục đích ban đầu của sợi cáp quang đã gây ra nhiều ngạc nhiên, Eileen Martin, một nghiên cứu sinh trong dự án này chia sẻ trên bài viết “Họ luôn cho rằng một sợi cáp quang rời sẽ tạo ra quá nhiều tiếng ồn tín hiệu, điều này sẽ không có ích lợi gì”.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng một thiết bị được gọi là “interrogator” để thực hiện nghiên cứu của họ. Khi được gắn vào một đầu sợi cáp quang, thiết bị này phát ra một xung ánh sáng chạy qua sợi cáp và bật lại. Những thay đổi về thời gian tán xạ ngược được nghiên cứu và tính toán những khác biệt. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng khi sợi cáp dãn và co lại – hiện tượng xảy ra khi mặt đất rung chuyển trong các trận động đất – đây là những thay đổi trong giá trị tính toán.
Theo giáo sư Biondi, chắc chắn chất lượng giá trị đọc khi sử dụng các bộ cảm biến rung đặt trên các sợi cáp quang này sẽ không bằng được chất lượng các bộ cảm biến chuẩn mà các nhà địa chấn học có hiện nay. Nhưng việc sử dụng sợi quang học rất tiết kiệm so với các địa chấn kế truyền thống. Do đó, người ta chỉ có thể lắp đặt mỗi địa chấn kế truyền thống cách nhau khoảng 20 km. “Với các sợi cáp quang, tôi đang nói về mỗi bộ cảm biến chỉ cách nhau có vài mét. Do đó, một mạng lưới các bộ cảm biến này sẽ nhạy hơn nhiều so với một bộ cảm biến địa chấn truyền thống; điều này cho chúng ta biết những trận động đất nhỏ mà các bộ cảm biến thông thường không thể phát hiện được”, ông cho biết.
Nhóm nghiên cứu muốn thực hiện một loạt các thử nghiệm khác trên một khu vực rộng hơn bắt đầu từ năm 2018. Ông hy vọng, những thử nghiệm đó sẽ cho phép nhóm nghiên cứu phát hiện các trận động đất mà mạng lưới cảm biến thông thường trong khu vực không phát hiện ra. “Đây sẽ là một bước tiến dài để cộng đồng và chính phủ phải chú ý đến”. Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng bộ dữ liệu lớn hơn sẽ tạo ra nhiều dấu hiệu thể hiện mức độ hiệu quả và khả năng mà nghiên cứu này mang lại.
