冰岛位于大西洋中央的中洋脊,带来温泉与地热,绝世的冰火地形景观,但当然因此随时有火山爆发、地震的危机,最好能随时监控,但若要到处装设地震感测器费时费力成本又高,该如何有更简便的办法能测知地震资料呢?在日本、墨西哥,已经应用光纤来测地震,原本就是为网络骨干及有线电视传输铺设的光纤,也可同时拿来当地震侦测器,一鱼两吃,冰岛成为最新尝试这项技术的国家。
光纤测地震乍看之下很离奇,但其实只是基本的物理原理。光在不同介质中的速度不同,简单的实验就是将筷子插到水中,看起来筷子会折弯,这是因为光在水中与空气中速度不同,经过水与空气的交界时,就产生折射;同样的原理,光纤的玻璃纤维是光的介质,只要光纤某一段玻璃受到挤压,或是热涨冷缩,都会使光在其中传播发生微小变化,接收端比对发送端的变化,就能借此侦测到光纤受到的温度压力变化,并由变化的时间差除以光速,就能知道发生的位置在光纤何处。
天灾频仍的日本,已经应用这样的技术来测量远洋地震,当作海啸的预警措施。日本铺设海底光纤,一方面连接正式的侦测器为讯号传输使用,一方面光纤本身能涵盖更大范围的侦测作用,当侦测到震波,日本本土能提早发布海啸警报,争取逃难时间。也是地震大国的墨西哥,也有应用类似的技术。
冰岛此次尝试,由亥姆霍兹德国地理研究中心(GFZ German Research Centre for Geosciences)的菲利浦‧朱赛(Philippe Jousset)博士领军,利用 1994 年时就已铺设于冰岛两处地热发电设施之间的 15 公里长光纤为实验对象,只要从发送端发射激光光,从光是否受到影响变化,就能得知 15 公里中间的光纤经过地区是否有温度压力变化。若有地震发生,地震波压迫或拉扯光纤造成的变化,马上会被光纤测知,测试人员可在远端机房就得知。
(Source:论文)
一开始测试团队并不清楚能测出哪些变化,实地测试后发现,可以测得的变化极其灵敏,不论地震或是有车辆开过,甚至行人走过都能测出来,测试期间甚至还侦测到印尼地震横越整个地球传来的震波。研究团队表示,光纤测地震的能力就跟正式的侦测器一样好。
对许多先进国家来说,应用光纤最好的一点是,全国因为网络骨干等建设,已铺设好了光纤网络,这些光纤都可用来当作侦测器,比起到处设置正式的地震侦测器便宜又立即可用。
事实上,光纤的应用也不仅用于测量地震,在台湾,台铁已开始测试沿着铁轨铺设光纤,可即时监控铁轨的温度与弯曲度变化,避免炎炎夏日铁轨热涨冷缩不均发生出轨现象,只可惜尚未全面铺设。中华电信的光纤也早已添加相关设备,一旦光纤因天灾人祸断裂,随时可知道断点,相关资料若能整并至中央灾害防救,将对防灾救灾有相当大的贡献。
冰岛如今开始测试光纤的侦测应用,台湾其实早于冰岛就开始应用光纤的其他应用,也有一定成效,但却没有全面推广,发挥到极致,相当可惜,若再过几年,可能又变成一项“冰岛能,为何台湾不能”,却不知,其实这本来可能是“台湾能,为何冰岛不能”的事。
- Revolution in quake detection technology
(首图来源:pixabay)