塞萊斯特·拉貝茲聽到一聲雷鳴般的聲音在冰面上滾過。當時她正站在阿拉斯加州的塔庫冰川上，這是一片廣闊的被積雪覆蓋的冰原，坐落在高聳的山脈之間，這時冰震開始了：這是一種由冰川突然移動引起的短暫的地震性震動。她立即手忙腳亂地拿起筆記本，記下了時間。拉貝茲是加州理工學院的研究生，她將把這個時間與她和同事剛剛部署的光纖電纜的資料進行對比，以研究這種地震——這是一種很有前景的新方法，正在撼動地質學和相關領域。
資訊透過光纖電纜以雷射脈衝的形式傳播，大部分脈衝直接穿過頭髮絲般細的玻璃纖維。但不可避免地，少量光會撞擊電纜中的微小缺陷並散射回光源。當電纜因地面振動（如地震甚至過往卡車的振動）而拉伸或彎曲時，這種反射會發生變化，科學家可以監測背散射光的變化來量化這些運動。這種技術——稱為分散式聲學感測 (DAS)——十年前由石油工業首次開發，最近已滲透到科學領域。“[DAS] 社群在過去幾年中呈爆炸式增長，”萊斯大學的地球物理學家喬納森·阿霍-富蘭克林說。美國地球物理聯合會上個月組織的一次研討會包括了使用該技術對冰川進行成像、監測雷暴和窺探深海的科學家。
DAS 的一個主要優勢是光纖電纜可以長達數公里，單根電纜可以像一個由數千個感測器組成的網路一樣工作，覆蓋其路徑上的每一米。相反，傳統的地震儀僅記錄單個點的地面運動——這是地球內部成像的主要障礙。例如，當聖海倫斯火山在 1980 年災難性噴發前開始隆隆作響時，由於附近只有一個地震儀，科學家無法判斷地震是否 वास्तव中是由正在甦醒的火山引起的。“把它想象成路燈，”斯坦福大學的地球物理學家納撒尼爾·林賽說。“如果你只有幾盞路燈來照亮整座火山，那就不會那麼有效。”
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第二個好處是光纖電纜已經縱橫交錯地遍佈世界各地。雖然一些地點（如塔庫冰川）需要新的電纜，但其他地點——從城市到海底——都有未使用的電纜或可以改裝用於 DAS 的電纜。這種可用性很大程度上源於 1990 年代的網際網路泡沫，當時電信公司安裝了長長的電纜；其中一些被稱為暗光纖的電纜仍然未被使用。因此，科學家只需將一端連線到“詢問器”單元，該單元向另一端發射一連串雷射脈衝並監測任何背散射——瞧，一個新的地震波感測網路就準備就緒了。
去年，賓夕法尼亞州立大學的地球物理學家朱鐵元改造了大學現有光纖網路中未使用的電纜，以搜尋校園下方的微弱振動。他驚訝地發現雷暴之夜的資料中有多次隆隆聲。儘管科學家們早就知道響亮噪音的空氣振動會使地球表面震動，但尚不清楚新技術是否可以探測到這種“雷震”。但是，當朱鐵元將他的結果與 NASA 的資料同步時，就毫無疑問了。“我認為使用這項技術‘點亮’城市區域具有巨大的潛力，”他說。“而且不僅可以監測地震，還可以監測地質災害[如滑坡或海嘯]和天氣。”
其他科學家正在關注更偏遠的目標。在去年 11 月發表在科學雜誌上的一篇論文中，林賽、阿霍-富蘭克林和蒙特雷灣水族館研究所的克雷格·道依將一個詢問器連線到一條 20 公里的光纖電纜上，該電纜通常用於傳輸來自蒙特雷灣附近海底科學儀器的資料。該系統當時正在進行維護，這讓科學家有機會尋找振動。僅僅四天，他們就繪製了多個水下斷層帶，並描述了上方海浪引起的海底震動。更詳細的海底地圖將幫助科學家更好地預測地震和海底火山——這兩者都可能引起危及生命的海嘯。
然後是冰川工作，拉貝茲和她的同事們為此將單根電纜變成了 3,000 個地震感測器。早期結果顯示，在五個小時的時間裡發生了 100 次冰震——其中許多可能是由融水迫使冰川內部裂縫張開引起的。拉貝茲的學術顧問、加州理工學院的地震學家詹仲文希望有一天能在格陵蘭島或南極洲永久鋪設光纖電纜，以幫助研究人員更多地瞭解氣候變化驅動的冰川融化如何導致海平面上升。
詹仲文甚至有一個更大的夢想：使用大約 1,000 公里的暗光纖在加利福尼亞州建立一個相當於一百萬個感測器的陣列。他已經將 37 公里的光纖改造成了帕薩迪納下方的永久地震網路，並希望在該州的其他城市也這樣做。這些資料可以揭示城市基礎設施的脆弱性，並有助於在地震開始時立即向市民發出警報。“這將在社群準備方面提供巨大的幫助，”詹仲文說。目前，科學家無法預測地震——但更好地瞭解偶爾導致主震的前震可能只會有所幫助。
“更多關於地震究竟是如何開始和成核的資料可能是一項改變遊戲規則的技術，”勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的地震學家羅伯特·梅勒斯說，他沒有參與這項研究。
但是，所涉及的資料量也帶來了處理問題。DAS 很容易為單根光纖電纜每天生成 10 TB 的資料；這在短短 100 天內就會累積到 1 PB。相比之下，國際地震資料儲存庫——收集全球所有可用的地震資料——包含的資料量還不到 1 PB。在科學家們利用暗光纖並在偏遠地區部署電纜之前，他們首先必須學習如何儲存和共享海量資訊。