Mengutip tulisan Lori Dajose di caltech.edu Di California, ribuan mil kabel optik serat melintasi negara bagian tersebut, menyediakan akses internet bagi masyarakat. Namun, kabel-kabel bawah tanah ini juga memiliki fungsi sekunder yang mengejutkan: mereka dapat merasakan dan mengukur gempa bumi. Dalam sebuah penelitian baru di Caltech, para ilmuwan melaporkan menggunakan sebagian kabel optik serat untuk mengukur detail-detail rumit dari gempa bumi berkekuatan 6 pada skala magnitudo, dengan tepat menentukan waktu dan lokasi dari empat daerah perlekatan, yaitu area “terjepit” pada sesar, yang menyebabkan terjadinya gempa.
Selama beberapa tahun terakhir, Profesor Geofisika Zhongwen Zhan (PhD ’14) dan timnya bertujuan untuk menunjukkan bahwa menggunakan kembali kabel optik serat adalah cara sederhana untuk secara drastis memperluas kemampuan kita dalam mengukur aktivitas seismik dengan menciptakan jaringan seismometer improvisasi yang padat dalam metode yang disebut distributed acoustic sensing. Penelitian baru ini, yang muncul di jurnal Nature, hanya menggunakan sekitar 100 kilometer kabel untuk memahami dengan tepat mekanisme kompleks di balik gempa bumi tertentu pada tahun 2021, menunjukkan bahwa akses lebih banyak kabel akan memungkinkan pemahaman yang lebih baik tentang fisika gempa bumi dan akhirnya meningkatkan sistem peringatan dini gempa bumi.
Baca Juga : Aplikasi Monitoring Jaringan Berbasis Web Dengan Notifikasi Email
“Jika kita bisa mendapatkan cakupan yang lebih luas untuk mengukur aktivitas seismik, kita dapat merevolusi cara kita mempelajari gempa bumi dan memberikan peringatan lebih awal,” kata Zhan. “Meskipun kita tidak bisa meramalkan gempa bumi, distributed acoustic sensing akan membawa pemahaman yang lebih baik tentang detail-detail yang mendasari ruptur bumi.”
Saat ini terdapat sekitar 500 seismometer di sekitar area seluas sekitar 56.500 mil persegi di California Selatan, dan masing-masing seismometer memiliki biaya hingga $50.000. Di sisi lain, menggunakan kabel optik serat di seluruh negara bagian tersebut setara dengan membentangkannya dengan jutaan seismometer.
Untuk menggunakan infrastruktur kabel optik serat sebagai seismometer, pemancar laser ditempatkan di satu ujung kabel, menembakkan sinar cahaya melalui serangkaian panjang dan tipis dari serat kaca yang membentuk inti kabel. Kaca tersebut memiliki cacat-cacat kecil yang memantulkan kembali sebagian kecil cahaya ke sumbernya, di mana cahaya tersebut direkam. Dengan cara ini, setiap cacat bertindak sebagai titik koordinat yang dapat dilacak sepanjang kabel optik serat yang biasanya terkubur di bawah permukaan tanah. Gelombang seismik yang bergerak melalui tanah menyebabkan kabel tersebut bergetar sedikit, yang mengubah waktu perjalanan cahaya ke dan dari titik-titik koordinat tersebut. Dengan demikian, cacat-cacat sepanjang kabel bertindak seperti ribuan seismometer individual yang memungkinkan seismolog untuk mengamati pergerakan gelombang seismik.
Dalam penelitian baru ini, tim peneliti mengamati tanda-tanda cahaya yang bergerak melalui sebagian kabel optik serat yang terletak di Eastern Sierra Nevada selama gempa bumi Antelope Valley berkekuatan 6 pada tahun 2021. Bagian kabel ini setara dengan 10.000 seismometer dan berhasil menemukan bahwa gempa bumi berkekuatan 6 tersebut terdiri dari empat ruptur kecil. Sub-event yang disebut juga sebagai “mini gempa bumi” ini tidak dapat terdeteksi oleh jaringan seismik konvensional.
Bekerja sama dengan laboratorium Nadia Lapusta, Profesor Teknik Mesin dan Geofisika Lawrence A. Hanson, Jr., tim peneliti berhasil membuat model akurat tentang gempa bumi berkekuatan 6 berdasarkan aktivitas seismik yang terukur. Model tersebut menunjukkan waktu terjadinya empat sub-event dan menentukan lokasi tepatnya pada wilayah sesar.
“Menggunakan kabel optik serat sebagai serangkaian seismometer mengungkapkan aspek-aspek fisika gempa bumi yang telah lama diduga namun sulit diimajinasikan,” kata Zhan. “Sebagai analogi, bayangkan teleskop biasa di halaman belakang Anda. Anda bisa melihat Jupiter, tetapi kemungkinan besar Anda tidak bisa melihat bulan-bulannya atau detail apapun. Dengan teleskop yang sangat kuat, Anda bisa melihat detail-detail halus pada permukaan planet dan bulan. Teknologi kami adalah seperti teleskop yang kuat untuk gempa bumi.”
Makalah ini berjudul “The break of earthquake asperities imaged by distributed acoustic sensing.” Jiaxuan Li, peneliti pasca doktoral di bidang geofisika, menjadi penulis utama dari penelitian ini. Selain Zhan, Li, dan Lapusta, penulis-penulis lainnya adalah mahasiswa pascasarjana Taeho Kim dan ilmuwan DAS Ettore Biondi. Pendanaan penelitian ini disediakan oleh National Science Foundation.