Durch Gewitterbeben können seismische Bilder von der flachen Erdoberfläche aufgenommen werden

Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Tieyuan Zhu, einem außerordentlichen Professor für Geowissenschaften an der Penn State University, hat erfolgreich das Potenzial dieser atmosphärischen akustischen Wellen zur Bereitstellung detaillierter Bilder von unterirdischen Strukturen demonstriert.

Durch den Einsatz der Distributed Acoustic Sensing (DAS) -Technologie erfassten die Forscher winzige Veränderungen in den physikalischen Eigenschaften der Fasern, die durch seismische Wellen verursacht werden, die durch den Boden wandern. Diese Wellen stammen von Gewitter, die Niederfrequenz-Akustimpulse erzeugen, die durch die Luft wandern und schließlich Energie in den Boden übertragen, wodurch nachweisbare seismische Signale erzeugt werden.

Die traditionelle seismische Bildgebung beruht entweder auf teuren, manuell eingesetzten Instrumenten oder passiven Methoden, die von natürlichen seismischen Aktivitäten wie Erdbeben abhängen. Diese Ansätze sind jedoch in Regionen mit begrenzter Seismizität wie den zentralen und östlichen Vereinigten Staaten, in denen die Erdbebenaktivität relativ spärlich ist, mit Einschränkungen konfrontiert.

Darüber hinaus beseitigt die Nutzung der vorhandenen Glasfaser-Infrastruktur die Notwendigkeit eines umfangreichen Aufbaus, was sie besonders nützlich in abgelegenen oder stark regulierten Umgebungen wie der Arktis oder in städtischen Zentren macht. Nolan Roth, Hauptautor der Studie und derzeit Postdoktorand an der Ohio State University, betonte die Komplexität früherer Versuche, Donner für seismische Bildgebung zu verwenden. "Ohne unglaublich hochauflösende Sensoren ist es schwierig, zu verstehen, was passiert, wenn der Donner den Boden trifft", erklärte er.

Mit dem DAS erzielte das Team beispiellose Details, indem es Hunderte von Datenpunkten pro Sekunde entlang der Faser erfasste, was es ihnen ermöglichte, die Umwandlung von atmosphärischer akustischer Energie in seismische Wellen mit bemerkenswerter Präzision zu kartieren. Dieses Genauigkeitsniveau war zuvor Forschern, die mit ähnlichen Methoden arbeiteten, entgangen. Die Auswirkungen dieser Entdeckung gehen über die akademische Neugier hinaus. Ein besseres Verständnis dafür, wie Energieübertragungen zwischen der Atmosphäre und der festen Erde stattfinden, könnte unsere Fähigkeit zur Überwachung von Geo-Gefahren wie Sinkholes und Erdrutschen verbessern. Es bietet auch neue Einblicke in die Ressourcenbewertung, einschließlich Grundwasser- und Mineralablagerungen sowie vulkanische und magmatische Aktivität.

Laut Zhu bietet die Technik eine einzigartige Gelegenheit, die dynamischen Wechselwirkungen zwischen der Erdoberfläche und ihrer Atmosphäre zu erforschen, was möglicherweise zu genaueren Modellen des Untergrundverhaltens führt.