مقدمه:
دانشمندان در اقدامی نوآورانه کشف کردهاند که ارتعاشات ناشی از رعدوبرق، که به آن «زمینلرزههای رعدی» (Thunderquakes) میگویند، میتواند به عنوان منبعی ارزشمند برای تصویربرداری از لایههای زیرین زمین مورد استفاده قرار گیرد. محققان دانشگاه پناستیت با ترکیب مدلسازیهای پیچیده فیزیکی و استفاده از کابلهای فیبر نوریِ موجود در زیر دانشگاه، موفق شدهاند ساختار زمینشناسی زیر محیط دانشگاه را با دقت بازسازی کنند. این روش جدید، راهکاری کارآمد برای شناسایی نقاط ضعف در لایههای سطحی زمین فراهم میکند، بدون اینکه نیازی به منتظر ماندن برای زلزلههای طبیعی یا ایجاد انفجارهای مصنوعی باشد.
تکنولوژی فیبر نوری و رعدوبرق: ترکیب غیرمنتظره برای زمینشناسی
بهطور سنتی، دانشمندان برای درک لایههای داخلی زمین به امواج لرزهای (Seismic waves) تکیه میکنند. این امواج بسته به اینکه از چه نوع سنگ یا مادهای عبور میکنند، سرعتهای متفاوتی دارند. در حالی که معمولاً از زلزلههای طبیعی یا انفجارهای مصنوعی برای تولید این امواج استفاده میشود، محققان دانشگاه پناستیت دریافتند که رعدوبرق میتواند منبعی در دسترس و همیشگی برای این کار باشد.
چرا «زمینلرزه رعدی» پیچیده است؟
وقتی صاعقه رخ میدهد، تودههای پلاسمای فوقداغ، امواج صوتی سهمگینی تولید میکنند که مانند زنجیرهای از حبابها در امتداد مسیر آذرخش پخش میشوند. این امواج به محض برخورد با زمین، به دلیل برخورد با لایههای متنوع (خاک نرم، سنگ سخت یا زیرساختهای انسانی)، رفتارهای بسیار پیچیده و متناقضی نشان میدهند. به همین دلیل تا پیش از این، تحلیل سیگنالهای لرزهای صاعقه به دلیل مدلسازی دشوار، غیرممکن به نظر میرسید.
نوآوری با فیبر نوری
نکته جذاب اینجاست که همان کابلهای فیبر نوری که برای انتقال دادههای اینترنت استفاده میشوند، میتوانند به عنوان «لرزهنگارهای بسیار حساس» عمل کنند. تیم تحقیق با استفاده از ۴ کیلومتر کابل فیبر نوری که در زیر محوطه دانشگاه پناستیت قرار داشت و ثبت دادههای دو ساله از ۴۵۸ «زمینلرزه رعدی»، توانست این سیگنالهای پیچیده را رمزگشایی کند. آنها با استفاده از مدل نرمافزاری SPECFEM3D، توانستند نویزهای محیطی را حذف و ساختار زمینشناسی زیر محوطه دانشگاه را بازسازی کنند.
یافتههای کاربردی
این تیم با تحلیل دادهها، چهار «منطقه ضعیف» را شناسایی کرد؛ مناطقی که در آن امواج لرزهای به دلیل وجود مواد نرمتر، آب زیاد یا سنگهای خرد شده، کندتر حرکت میکردند. جالب اینجاست که بررسیهای میدانی (شامل رادار، حفاری و بررسیهای مهندسی) صحت یافتههای این مدل را تأیید کرد.
نتیجهگیری:
این پژوهش ثابت کرد که حتی مدلهایی که در ظاهر «نقص» یا «تقریب» دارند، در عمل میتوانند بسیار مفید باشند. استفاده از رعدوبرق برای تصویربرداری لرزهای، مزایای بزرگی دارد: از جمله فراوانی این پدیده در سراسر جهان و دقت بالای آن در بررسی لایههای سطحی زمین؛ دقیقاً همان جایی که اکثر زیرساختهای حیاتی انسان (ساختمانها، تونلها و خطوط لوله) در آن قرار دارند. این تکنولوژی میتواند فصل جدیدی در ارزیابی ایمنی زیرساختها و اکتشافات زمینشناسی باز کند.