Los investigadores de Sandia National Laboratories están comenzando a analizar el primer conjunto de datos del fondo marino bajo el hielo marino del Ártico utilizando un método novedoso. Pudieron capturar terremotos de hielo y actividades de transporte en la vertiente norte de Alaska mientras también monitoreaban otras señales climáticas y vida marina.

El equipo, dirigido por el geofísico de Sandia Rob Abbott, conectado un iDAS, un sistema interrogador de detección acústica distribuido fabricado por Silixa, a un cable de fibra óptica existente propiedad de Quintillion, una empresa de telecomunicaciones con sede en Alaska. El cable llega al lecho marino desde Oliktok Point. Durante siete días, 24 horas al dia, se capturaron y registraron las vibraciones del cable, ayudando a los investigadores a comprender mejor qué actividad natural y causada por el hombre tiene lugar dentro del océano hambriento de datos.

Esta es la primera vez que se ha utilizado un sistema interrogador de detección acústica distribuida para capturar datos sobre el fondo marino de los océanos Ártico o Antártico. y el equipo ve muchas ventajas para uso futuro.

"Esta es la primera recopilación de datos de su tipo, y en cuanto a lo que hacen los laboratorios nacionales, este es exactamente el tipo de riesgo alto, investigación de alta recompensa que podría marcar una gran diferencia en cómo podemos monitorear el Océano Ártico, ", dijo el gerente de Sandia, Kyle Jones." Esto realmente está a la vanguardia de la sismología y la geofísica, junto con el cambio climático y otras disciplinas ".

El equipo espera registrar señales climáticas como el momento y la distribución de la ruptura del hielo marino, altura de las olas del océano, espesor del hielo marino, zonas de falla y severidad de la tormenta. Transporte, También se pueden grabar cantos de ballenas y brechas. Esta nueva forma de monitoreo tiene el potencial de capturar de manera persistente una amplia variedad de fenómenos árticos de una manera rentable y segura para que los científicos puedan comprender mejor los efectos del cambio climático en este frágil entorno. Dijo Abbott.

El interrogador parece una caja electrónica que se puede conectar al cable de fibra óptica en tierra, y utiliza un láser para enviar miles de pulsos cortos de luz a lo largo del cable cada segundo. Una pequeña proporción de esa luz se refleja (o se dispersa) a lo largo del cable a medida que el lecho marino al que está unido se mueve debido a la tierra, hielo marino, corrientes oceánicas y actividades animales. La luz retrodispersada permite al interrogador detectar, monitorear y rastrear eventos a lo largo de la fibra, y los datos se almacenan en discos duros.

"El cable de fibra óptica de Quintillion se encuentra en un lugar favorable en la vertiente norte de Alaska, "Abbott dijo." Esta tecnología funciona para este proyecto por varias razones. No enviaremos un barco a los monitores de la planta; no vamos por el hielo marino intentando instalar sensores. Este cable existirá durante décadas y podemos obtener buenos datos sobre él. Es una forma muy segura de realizar esta medición en un entorno peligroso ".

Financiado por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio, esta fue la primera de las ocho semanas de recopilación de datos que se realizarán durante los próximos dos años durante el proyecto. El equipo visitará Alaska en cada una de las cuatro estaciones árticas definidas como limitadas al hielo, sin hielo congelación y descongelación. Un tercer año se dedicará a analizar más los datos.

Abbott dijo que los resultados se comunicarán a la comunidad científica en general y se proporcionarán a la comunidad de modelos climáticos para su inclusión en algoritmos. Adicionalmente, el equipo espera que los resultados del proyecto muestren la necesidad de un monitoreo de detección acústica distribuida persistente en el Ártico.

"Nos gustaría proporcionar datos a modelos climáticos de alta fidelidad y análisis de datos sin procesar, ", Dijo Abbott." También espero realizar una medición directa del espesor del hielo marino, que actualmente es difícil. Ahora, necesitas un avión sobrevolando o necesitas salir al hielo. Eso puede resultar muy peligroso y caro, y solo puedes hacerlo una o dos veces al año. Usando un cable de fibra óptica, el sistema de detección acústica distribuida podría estar disponible las 24 horas del día, los 7 días de la semana, los 365 días del año y podría tomar una medición del espesor del hielo marino una vez al día ".

Datos alentadores capturados en las primeras 168 horas

Los investigadores de Sandia recién están comenzando a analizar las primeras 168 horas de datos recopilados en febrero, y se animan con lo que ven, Dijo Abbott.

"Vemos cosas que son indicativas de terremotos de hielo. Vemos eventos tan lejanos como 33 kilómetros en el océano donde no debería haber actividad antropogénica". " él dijo, refiriéndose a las dos primeras horas de datos que había mirado. "Ciertamente estamos viendo un evento natural de algún tipo. Podría ser un terremoto de hielo, o podría ser un evento microsísmico en el suelo como un terremoto. Aún no estamos seguros ".

Más cerca de la orilla Abbott dijo que el equipo probablemente registró pozos de producción y reinyección que reciclan aguas residuales y frecuencias que son indicativas de las mareas y corrientes oceánicas. Un resultado sorprendente fue el sistema que recogió las frecuencias de una nave flotante que volaba a baja altura.

El interrogador puede registrar eventos en una densidad espacial de tres a cuatro órdenes de magnitud mayor que los despliegues tradicionales de hidrófonos o sismómetros del fondo del océano. Dijo Abbott.

"En esta primera recopilación de datos, no esperábamos ver muchas corrientes y terremotos de hielo porque había una capa de hielo estable en toda el área, y, sin embargo, vemos algunas de esas cosas, que es emocionante, "Dijo Abbott.

Abbott dijo que espera capturar datos sobre ballenas y focas durante la temporada de migración. El Ártico es el hogar de ballenas de Groenlandia y beluga, cada uno con canciones individuales. El sistema debería poder grabar estas canciones de la misma manera que registra los terremotos porque las vibraciones en el océano se transmiten a la tierra, que luego se transmite al cable. Con ballenas un patrón característico se desarrolla a medida que la canción cambia de tono.

"Se llama deslizamiento, donde con el tiempo, las frecuencias comienzan bajas y van altas y bajas, ", Dijo Abbott." Frecuencias como esa son características de las fuentes biológicas y se distinguen fácilmente de otras fuentes, como terremotos. Las ballenas a menudo cantan durante más de 30 minutos con notas repetidas individuales que duran unos segundos y se deslizan hacia arriba y hacia abajo ".

El clima de North Slope agregó intensidad a la crítica primera semana del experimento

El esperado pero feroz clima de North Slope fue un desafío. En febrero, el área está oscura alrededor de las 18 horas del día y debido a que la nieve sopla la mayor parte del tiempo y las carreteras no están bien señalizadas, todo sigue luciendo nuevo, Dijo Abbott. El equipo también estaba lidiando con un frío intenso, y mientras estaban preparados, las temperaturas eran unos 10 grados más frías de lo esperado, en un punto cayendo a menos 45 Fahrenheit (menos 77 incluyendo sensación térmica). Incluso las personas que trabajan allí para ganarse la vida cierran todas las actividades al aire libre, Dijo Abbott.

"El Ártico americano es formidable, 30 grados bajo cero es una ocurrencia común en los meses de invierno, "dijo Michael McHale, Director de ingresos de Quintillion. "Gran parte de la región es tundra y es difícil atravesarla con el mejor clima. Trabajar aquí requiere una experiencia significativa y una pericia adquirida con mucho esfuerzo. Las implicaciones de ingeniería son enormes. La mayoría de las redes y estaciones terrestres satelitales no operan en regiones donde deben estar capaz de tolerar 70 grados bajo cero ".

Debido a las duras condiciones, El cable de fibra óptica de Quintillion tiene doble armadura con revestimiento de cobre y acero para protegerlo contra cortes. daños por aplastamiento o abrasión, Dijo McHale.

"Todos los componentes de red de la empresa, incluido el cableado, están diseñados para resistir el entorno ártico extremo y proteger contra cortes de red, ", agregó." Las porciones submarinas del cable están principalmente enterradas debajo del lecho marino ".

Los nervios duraron toda la semana ya que la recopilación de datos exitosa era incierta

Al día siguiente de la llegada del equipo, Los investigadores se reunieron en la instalación de aterrizaje de cables de Quintillion, donde se instaló el sistema de detección acústica distribuida con la ayuda de la empresa. Un miembro del equipo de Silixa, la empresa Sandia compró el sistema de detección acústica distribuida de, también estaba allí para ayudar.

Los investigadores de Sandia pudieron utilizar aproximadamente 30 millas de cableado de fibra óptica submarino, McHale dijo:y la configuración se desarrolló sin problemas. Agregó que el proyecto ha sido una gran experiencia hasta el momento.

"La oportunidad de trabajar con algunos de los geofísicos y científicos de datos más conocedores del país es emocionante y un honor, ", dijo." Apoyar el trabajo de la comunidad científica ha sido durante mucho tiempo un objetivo de Quintillion. Lograr ese objetivo con un cliente tan respetado como Sandia Labs superó nuestras expectativas ".

Durante los primeros días de la recolección inicial, Había un nerviosismo anticipado entre el equipo porque esto era algo que no se había hecho antes. Si bien Abbott ha utilizado cables de fibra óptica para registrar explosiones para Sandia, no los había usado en un fondo marino ni para algo tan grande.

El interrogador recopila 2 gigabytes de información por minuto, y porque llega tan rápido, es difícil saber si los datos son correctos, Dijo Abbott. Después de tres o cuatro días, el equipo tenía indicios de que el sistema estaba funcionando bien, y pasó toda la semana antes de que se sintieran confiados con el experimento.

"Lo que me entusiasma es que veamos muchos fenómenos interesantes en esta recopilación de datos, que probablemente será el conjunto de datos más silencioso con la menor cantidad de terremotos de hielo o acción de olas, "Dijo Abbott." Una vez que empezamos a ver cómo el hielo se rompe y los icebergs chocan entre sí en otras temporadas cuando no hay hielo allí arriba, veremos mejor las cosas como las mareas, corrientes y tormentas ".