Caltech의 이 연구원은 지진을 탐지하기 위해 Pasadena의 광대역 지하를 이용했습니다.

36세의 종웬 잔(Zhongwen Zhan)은 인생의 분수령 중 문자 그대로 지구를 뒤흔든 사건이 일어난 순간을 추적할 수 있습니다.

그는 인도양 해저에서 규모 9.1의 지진이 일어나 23만명의 목숨을 앗아간 대규모 쓰나미를 일으켰을 당시 중국의 학부생이었습니다. 2004년 12월 26일이었습니다.

“내가 지구 과학에 관심이 있다는 것을 알고 있었지만 어떻게 전체 지역 사회가 며칠 만에 그 지진을 연구하기 위해 동원되었는지, 우리가 어떻게 많은 것을 배울 수 있었는지 보고 과학자들이 그렇게 많은 것을 수집하는 능력에 놀랐습니다. 실제로 현장에 가지 않고도 센서를 사용하여 데이터를 수집하여 더 많은 정보를 얻고 사람들을 도울 수 있습니다.”라고 Zhan은 말했습니다. “그걸 보니 정말 흥미로웠어요.”

그러한 매력에 매료된 Zhan은 Caltech에 입사하여 2014년에 지구물리학 박사 학위를 취득했으며 현재는 그곳에서 지구물리학을 가르치고 있습니다.

이번 주 Zhan과 4명으로 구성된 팀은 Nature 저널에 연구 결과를 발표하여 더 높은 해상도로 지진을 감지하고 지진의 복잡한 세부 사항을 분석하기 위해 Pasadena의 지하 광섬유 케이블에 편승하는 데 성공했다고 보고했습니다.

Zhan과 동료들은 DAS(분산 음향 감지)를 사용하여 광섬유 케이블 섹션을 연구했습니다. 팀은 레이저 방출기를 사용하여 케이블을 통해 빛을 쏘았습니다. 케이블에는 빛의 일부가 소스에 반사되는 몇 미터마다 작은 결함이 있습니다. 이 배열은 개별 지진계 역할을 하며 지진 과학자들에게 지진파의 움직임에 대한 세부 정보를 제공합니다.

2021년에 진도 6의 지진이 Antelope Valley를 흔들었을 때 팀이 방출기를 제자리에 두었다는 것은 행운이었습니다. 그들은 100km 길이의 케이블 구간을 통과하는 빛의 신호를 조사하여 지진을 정확하게 찾아낼 수 있었습니다. 기존의 지진 네트워크로는 감지할 수 없었던 4개의 작은 파열이 연속적으로 발생한 것입니다.

전 세계적으로 수백만 마일에 달하는 광섬유 케이블을 임시 지진계의 밀집된 네트워크로 용도 변경하는 흥미로운 가능성은 과학자들의 지진 물리학에 대한 이해를 심화시키고 궁극적으로 더 나은 지진 조기 경보 시스템을 제공할 수 있습니다.

Zhan은 “광섬유 케이블을 일련의 지진계로 사용하면 오랫동안 가정되어 왔지만 이미지화하기 어려운 지진 물리학의 측면을 드러냅니다.”라고 말했습니다. "더 나은 이해는 지진에 대비하고 지진 종류에 대한 지식을 쌓는 데 많은 도움이 될 수 있으며 지진을 포착할 가능성이 더 높아집니다."

Zhan 그룹은 이 연구에 약 4년을 투자했습니다. 여기에는 제1저자인 Jiaxuan Li; Caltech의 기계공학 및 지구물리학 교수인 Nadia Lapusta; 대학원생 김태호와 과학자 에토레 비온디. 국립과학재단(National Science Foundation)이 연구 비용을 지불했습니다.

환경을 감지하기 위해 광섬유를 사용한다는 아이디어는 광섬유가 시작된 70년대와 80년대에 나왔다고 Zhan은 말했습니다.

“사람들은 환경의 교란이 의사소통에 문제를 일으킬 수 있다는 것을 빨리 깨달았습니다.”라고 그는 덧붙였습니다. “그것은 감지가 가능하다는 의미이기도 합니다. 여기서 새로운 점은 지진을 연구하기 위해 기술을 사용한다는 것입니다. 지진학자들은 지진을 연구하기 위해 항상 더 좋고 더 많은 센서를 원했는데, 통신 케이블을 사용한 광섬유 감지가 딱 들어맞습니다.”

Caltech 지진학 연구소 소장인 Mike Gurnis는 Zhan의 연구를 Seismo 연구소 우선 순위의 핵심 기둥이라고 불렀습니다.

Gurnis는 지난 11월 연구소 설립 100주년을 기념하는 캠퍼스 기사에서 "우리는 교수진과의 다양한 연구 프로젝트를 통해 이러한 종류의 신호를 전통적인 고밀도 광대역 지진 네트워크에 통합하려는 유일한 지역 네트워크일 수 있습니다."라고 말했습니다.

Zhan은 1920년대와 1930년대에 현대 지진 지진학이 탄생한 Caltech에서 자신이 따르고 있는 지진학의 발자취를 염두에 두고 있습니다. 바로 그때 휴고 베니오프(Hugo Benioff)가 지진파를 탐지하는 도구를 발명했고, 찰스 ​​리히터(Charles Richter)와 벤 구텐베르그(Ben Gutenberg)는 지진의 규모를 측정하기 위해 리히터 규모(Richter Scale)로 알려지게 된 장치에 협력했습니다. 오늘날의 타임라인에 더 가까워진 지진학자인 Lucy Jones는 계속해서 Caltech의 지구물리학 방문 연구원으로 일하고 있습니다.