- 29,277
- 46
- 8 Ноя 2022
Протянули оптоволокно и увидели то, чего не показывают спутники.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Крупные трещины на поверхности ледника хорошо видны с воздуха, но самые важные повреждения могут скрываться глубоко во льду. Чтобы найти внутренние разломы, исследователи разложили по поверхности ледника Горнер в швейцарских Альпах один оптоволоконный кабель. Измерения охватили ледяную толщу до глубины 25 метров и показали, что трещины занимают более 8% объема льда на исследованном участке. Раньше получить настолько подробную картину требовало бы большого количества отдельных сейсмических приборов.
Скрытые трещины важны для оценки устойчивости ледника. Талая вода проникает внутрь разломов, способствует их углублению и меняет механическое состояние ледяной массы. Поэтому наблюдений со спутников и беспилотников недостаточно: камеры хорошо показывают поверхность, но не позволяют определить, насколько сильно лед растрескался в глубине.
Опасность крупных разрушений хорошо известна по событиям последних лет в Альпах. 3 июля 2022 года часть ледника Мармолада в Доломитах обрушилась на склон, погибли 11 человек. В мае 2025 года разрушение ледника Бирх над швейцарской деревней Блаттен привело к сходу огромной массы льда и горных пород в долину. Подобные катастрофы заставляют исследователей искать способы наблюдать не только за внешними изменениями ледников, но и за процессами внутри ледяной толщи.
Один из способов заглянуть внутрь ледника основан на сейсмических волнах. При раскрытии трещины во льду возникает небольшой сейсмический импульс. Такие события называют ледниковыми микроземлетрясениями. Сейсмометры регистрируют колебания, а по времени прихода волн можно вычислить положение источника.
У обычной сейсмической сети есть серьезное ограничение. Чем подробнее нужна карта внутренней структуры, тем больше приборов приходится расставлять по поверхности. На леднике монтаж десятков или сотен сейсмометров обходится дорого и требует работы среди трещин, где перемещение людей и оборудования само по себе затруднено.
В эксперименте на Горнере отдельные приборы заменили распределенным акустическим зондированием, или DAS. Оптоволокно при DAS работает как длинная цепочка виртуальных датчиков: система измеряет очень небольшие деформации волокна сразу во множестве точек вдоль кабеля.
Кабель подключают к оптическому измерительному прибору. Устройство отправляет в волокно лазерные импульсы и регистрирует часть света, которая рассеивается обратно. Любая небольшая деформация волокна меняет параметры возвращающегося сигнала.
Когда внутри льда раскрывается трещина, возникшая сейсмическая волна распространяется через ледник и достигает кабеля. Колебания немного растягивают и сжимают отдельные участки волокна. Прибор фиксирует изменения обратного рассеяния света и определяет, в какой части линии возникло возмущение. В результате один протяженный кабель дает измерения сразу для большого количества точек и по плотности наблюдений заменяет множество отдельных сейсмометров.
Из зарегистрированных волн можно получить больше информации, чем координаты отдельных микроземлетрясений. Скорость распространения сейсмических волн зависит от состояния льда. Цельная ледяная масса и область с многочисленными трещинами проводят колебания по-разному. Направление разломов тоже влияет на скорость: волна может распространяться быстрее в одном направлении и медленнее в другом.
Такую зависимость называют сейсмической анизотропией. Анализ анизотропии помогает восстановить внутреннюю структуру ледника без бурения и прямого доступа к каждой трещине. Компьютерная обработка сопоставляет сигналы, зарегистрированные вдоль кабеля, и показывает, где лед сохранил относительно однородную структуру, а где его нарушает сеть внутренних разломов.
Объем данных при распределенном акустическом зондировании намного больше, чем при работе с несколькими обычными сейсмометрами. Каждая часть кабеля постоянно дает новые измерения, поэтому результаты приходится обрабатывать алгоритмами. Высокая плотность наблюдений одновременно дает главное преимущество метода: исследователи получают гораздо более подробную картину ледяной толщи.
На Горнере измерения обнаружили неожиданно много повреждений. На исследованном участке доля льда, затронутого трещинами, превышала 8%. Около 92% объема сохраняли ненарушенную структуру. Внутри разломов находились воздух или вода. Авторы работы отмечают, что количество скрытых повреждений оказалось больше первоначальных ожиданий.
Крупные поверхностные трещины поэтому нельзя считать достаточным показателем состояния всего ледника. Для оценки риска важнее понимать, что происходит внутри ледяной массы: насколько глубоко уходят разломы, какую часть объема затрагивают и как расположены относительно друг друга. Поверхность может содержать сравнительно мало заметных повреждений, хотя глубже уже существует развитая система трещин.
Оптоволоконные измерения способны дополнить спутниковые наблюдения. Спутники позволяют регулярно следить за смещением поверхности, изменением площади ледника и появлением крупных разломов. Кабель дает данные о процессах, скрытых внутри льда. Совместное использование двух источников информации может помочь точнее оценивать состояние нестабильных участков и вероятность откалывания крупных ледяных блоков.
Исследователи планируют проверять метод на других альпийских ледниках, а затем применять его к ледяным щитам Гренландии и Антарктиды. Одна из задач состоит в наблюдении за развитием трещин во времени. Измерения должны показать, как появляются внутренние разломы, как быстро растут и как связаны с повреждениями, которые видны на поверхности.
Для Гренландии и Антарктиды изучение трещин важно еще по одной причине. Талая вода может уходить по разломам глубоко в лед и в некоторых случаях достигать основания ледяного щита. Вода уменьшает трение между льдом и породой под ним, поэтому движение ледяной массы может ускориться. Быстрее движущийся лед переносит больше вещества к океану, что влияет на вклад ледяных щитов в повышение уровня моря.
Авторы исследования рассчитывают использовать распределенное акустическое зондирование для более точного наблюдения за нестабильными ледниками и оценки риска крупных отколов. Метод не позволяет назвать точный момент будущего обрушения, но дает информацию, которой не хватает при наблюдении только за поверхностью. На Горнере один кабель уже позволил увидеть скрытые повреждения до глубины 25 метров и измерить долю растрескавшегося льда, недоступного для непосредственного наблюдения сверху.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/676;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Крупные трещины на поверхности ледника хорошо видны с воздуха, но самые важные повреждения могут скрываться глубоко во льду. Чтобы найти внутренние разломы, исследователи разложили по поверхности ледника Горнер в швейцарских Альпах один оптоволоконный кабель. Измерения охватили ледяную толщу до глубины 25 метров и показали, что трещины занимают более 8% объема льда на исследованном участке. Раньше получить настолько подробную картину требовало бы большого количества отдельных сейсмических приборов.
Скрытые трещины важны для оценки устойчивости ледника. Талая вода проникает внутрь разломов, способствует их углублению и меняет механическое состояние ледяной массы. Поэтому наблюдений со спутников и беспилотников недостаточно: камеры хорошо показывают поверхность, но не позволяют определить, насколько сильно лед растрескался в глубине.
Опасность крупных разрушений хорошо известна по событиям последних лет в Альпах. 3 июля 2022 года часть ледника Мармолада в Доломитах обрушилась на склон, погибли 11 человек. В мае 2025 года разрушение ледника Бирх над швейцарской деревней Блаттен привело к сходу огромной массы льда и горных пород в долину. Подобные катастрофы заставляют исследователей искать способы наблюдать не только за внешними изменениями ледников, но и за процессами внутри ледяной толщи.
Один из способов заглянуть внутрь ледника основан на сейсмических волнах. При раскрытии трещины во льду возникает небольшой сейсмический импульс. Такие события называют ледниковыми микроземлетрясениями. Сейсмометры регистрируют колебания, а по времени прихода волн можно вычислить положение источника.
У обычной сейсмической сети есть серьезное ограничение. Чем подробнее нужна карта внутренней структуры, тем больше приборов приходится расставлять по поверхности. На леднике монтаж десятков или сотен сейсмометров обходится дорого и требует работы среди трещин, где перемещение людей и оборудования само по себе затруднено.
В эксперименте на Горнере отдельные приборы заменили распределенным акустическим зондированием, или DAS. Оптоволокно при DAS работает как длинная цепочка виртуальных датчиков: система измеряет очень небольшие деформации волокна сразу во множестве точек вдоль кабеля.
Кабель подключают к оптическому измерительному прибору. Устройство отправляет в волокно лазерные импульсы и регистрирует часть света, которая рассеивается обратно. Любая небольшая деформация волокна меняет параметры возвращающегося сигнала.
Когда внутри льда раскрывается трещина, возникшая сейсмическая волна распространяется через ледник и достигает кабеля. Колебания немного растягивают и сжимают отдельные участки волокна. Прибор фиксирует изменения обратного рассеяния света и определяет, в какой части линии возникло возмущение. В результате один протяженный кабель дает измерения сразу для большого количества точек и по плотности наблюдений заменяет множество отдельных сейсмометров.
Из зарегистрированных волн можно получить больше информации, чем координаты отдельных микроземлетрясений. Скорость распространения сейсмических волн зависит от состояния льда. Цельная ледяная масса и область с многочисленными трещинами проводят колебания по-разному. Направление разломов тоже влияет на скорость: волна может распространяться быстрее в одном направлении и медленнее в другом.
Такую зависимость называют сейсмической анизотропией. Анализ анизотропии помогает восстановить внутреннюю структуру ледника без бурения и прямого доступа к каждой трещине. Компьютерная обработка сопоставляет сигналы, зарегистрированные вдоль кабеля, и показывает, где лед сохранил относительно однородную структуру, а где его нарушает сеть внутренних разломов.
Объем данных при распределенном акустическом зондировании намного больше, чем при работе с несколькими обычными сейсмометрами. Каждая часть кабеля постоянно дает новые измерения, поэтому результаты приходится обрабатывать алгоритмами. Высокая плотность наблюдений одновременно дает главное преимущество метода: исследователи получают гораздо более подробную картину ледяной толщи.
На Горнере измерения обнаружили неожиданно много повреждений. На исследованном участке доля льда, затронутого трещинами, превышала 8%. Около 92% объема сохраняли ненарушенную структуру. Внутри разломов находились воздух или вода. Авторы работы отмечают, что количество скрытых повреждений оказалось больше первоначальных ожиданий.
Крупные поверхностные трещины поэтому нельзя считать достаточным показателем состояния всего ледника. Для оценки риска важнее понимать, что происходит внутри ледяной массы: насколько глубоко уходят разломы, какую часть объема затрагивают и как расположены относительно друг друга. Поверхность может содержать сравнительно мало заметных повреждений, хотя глубже уже существует развитая система трещин.
Оптоволоконные измерения способны дополнить спутниковые наблюдения. Спутники позволяют регулярно следить за смещением поверхности, изменением площади ледника и появлением крупных разломов. Кабель дает данные о процессах, скрытых внутри льда. Совместное использование двух источников информации может помочь точнее оценивать состояние нестабильных участков и вероятность откалывания крупных ледяных блоков.
Исследователи планируют проверять метод на других альпийских ледниках, а затем применять его к ледяным щитам Гренландии и Антарктиды. Одна из задач состоит в наблюдении за развитием трещин во времени. Измерения должны показать, как появляются внутренние разломы, как быстро растут и как связаны с повреждениями, которые видны на поверхности.
Для Гренландии и Антарктиды изучение трещин важно еще по одной причине. Талая вода может уходить по разломам глубоко в лед и в некоторых случаях достигать основания ледяного щита. Вода уменьшает трение между льдом и породой под ним, поэтому движение ледяной массы может ускориться. Быстрее движущийся лед переносит больше вещества к океану, что влияет на вклад ледяных щитов в повышение уровня моря.
Авторы исследования рассчитывают использовать распределенное акустическое зондирование для более точного наблюдения за нестабильными ледниками и оценки риска крупных отколов. Метод не позволяет назвать точный момент будущего обрушения, но дает информацию, которой не хватает при наблюдении только за поверхностью. На Горнере один кабель уже позволил увидеть скрытые повреждения до глубины 25 метров и измерить долю растрескавшегося льда, недоступного для непосредственного наблюдения сверху.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
