海底光缆网络或将变成数十亿个海底地震传感器

法国科学家们首次证明，可以使用海底通信光缆检测地震波在海底的传播。根据这些科学家们的研究成果，现有的海底光缆通信基础设施将可用于检测地震，也可用于检测涌浪和水下噪声。全球海底光缆网络有可能提供数十亿个海底地震传感器。

这一研究成果于2019年12月18日发表在《自然通讯》科学期刊。法国Géoazur实验室的研究人员，与法国艾克斯-马赛大学的马赛物理学中心以及从事新型光纤传感系统研究制造的法国Fébus Optics公司协作，联合完成该研究成果。法国Géoazur实验室成立于1996年，主要从事海底地震检测和地理科学研究，是一家由法国国家科学研究中心（CNRS）、法国尼斯天文台（OCA）、法国发展研究院（IRD）和法国普罗旺斯阿尔卑斯的蔚蓝海岸大学（ Université Côte d’Azur）的科学家们组成的联合研究机构。

目前，在全球海底共敷设了约120万公里的海底通信光缆，这是全球通信基础设施的核心部分。研究人员表示，很快就能利用这些海底通信光缆开发出新功能，用于探测海底声波和地震波。

科学家们使用了部署在法国南部土伦（Toulon）海岸附近的一条41公里长的海底光缆进行实验，从MEUST-NUMerEnv2水下天文台的传感器中检索数据。MEUST-NUMerEnv2水下天文台位于约2500米深的海底。科学家们利用了光纤中的微量杂质，这些杂质会将携带的部分光返回到光发射器。

地震波或声波穿过海底光缆时，会使海底光缆产生拉伸或收缩，从而微小地改变海底光纤里这些杂质之间的距离，导致反向散射信号发生细微变化。科学家们仍需要继续研究，以证明这些细微变化是可以被检测到的，因为海底光缆中的光纤受到数个绝缘层的保护。

通过向光纤中注入光脉冲信号，并分析反向散射信号，该研究团队将这41公里的海底光缆变成6000多个地震传感器。在实验期间，在距离该海底光缆100多公里的海底发生了一次1.9级地震，每个利用海底光缆变成的传感器检测点都检测到了该地震，其灵敏度接近沿海地震台。

此外，这些海底光缆变成的传感器检测点还能感应海洋中传播的波浪（例如由浪涌产生的波浪）。研究人员记录了海浪对海岸附近海底的影响，以及对深海平原的影响，海浪在海底平原会产生所谓的“地震背景噪声”。

这些海底光缆变成的传感器使人们首次观察到这些微小的振动是如何产生的，这些微小的振动不断与地球相互作用，从而使地球物理学家能够探测地球结构。研究人员认为，可以用同样的方式利用海底通信光缆检测船只和鲸类海洋动物（如鲸鱼和海豚等）产生的水下噪声。

研究人员得出结论，鉴于在海底部署检测仪器面临着许多实施和财务方面的挑战，海底通信光缆可以提供一种新的途径，以增进人类对覆盖地球表面三分之二的海洋未知世界的认识，并用于应对其他广泛的科学和社会问题，例如地震、海岸侵蚀、以及各种生物与海洋及地球之间的相互作用。

未来几年，电信运营商将逐步淘汰目前正在使用的一些老旧海底光缆系统。得益于这项研究成果，这些面临淘汰的海底光缆很有可能焕发新光。