क्ष-किरण पृथ्वीवर मेघगर्जना वापरणे – एक नवीन अभ्यास शहरी भूकंपशास्त्र कृतीत दर्शवितो

शास्त्रज्ञांना असे आढळले की मेघगर्जना-उत्पन्न केलेल्या भूकंपाच्या लाटा, ज्याला “थंडरक्वेक्स” म्हणतात, विद्यमान फायबर-ऑप्टिक केबल्स वापरून पृथ्वीच्या पृष्ठभागाचा नकाशा तयार करण्यात मदत करू शकतात. हे तंत्र ड्रिलिंगशिवाय भूजल, सिंकहोल्स, फ्रॅक्चर आणि दूषितता शोधू शकते, भूवैज्ञानिक धोके आणि पायाभूत सुविधांवर लक्ष ठेवण्यासाठी एक किफायतशीर पद्धत प्रदान करते.

पेनसिल्व्हेनिया: जेव्हा वीज पडते, तेव्हा ती त्याच्या सभोवतालची हवा गरम करते आणि एक शॉक वेव्ह निर्माण करते जी आपल्याला मेघगर्जनासारखी ऐकू येते. परंतु मेघगर्जना केवळ वातावरणातून आपल्या कानापर्यंत जात नाही.

जेव्हा ती ऊर्जा जमिनीवर पोहोचते, तेव्हा त्यातील काही भूकंपाच्या लहरींमध्ये रूपांतरित होतात जी माती आणि खालच्या खडकांमधून उमटतात. परिणामी कंपने “मेघगर्जना” म्हणून ओळखली जातात.

आत्तापर्यंत, शास्त्रज्ञांना हे संकेत पुरेसे समजलेले नाहीत त्यांचा व्यावहारिक उपयोग करण्यासाठी. आमच्या कार्यसंघाच्या संशोधनातून असे दिसून आले आहे की गडगडाटी भूगर्भातील भूजलाची हालचाल, पर्यावरणीय दूषितता, सिंकहोल्स, किंवा मानवी शरीरातील क्ष-किरण प्रतिमेप्रमाणेच इमारतीच्या ठिकाणांचे आणि पायाचे मूल्यांकन करण्यासाठी – पृथ्वीच्या पृष्ठभागाच्या खाली असलेल्या संरचनेचा नकाशा तयार करण्यासाठी वापरला जाऊ शकतो.

आम्ही जगभरातील समुदायांमध्ये सापडलेल्या परंतु भूकंपाचे मापन यंत्र म्हणून असामान्य असलेल्या मेघगर्जना ऐकून हे शोधले: फायबर-ऑप्टिक केबल.

फायबर ऑप्टिक्सला कंपन सेन्सर्समध्ये बदलणे

डिस्ट्रिब्युटेड अकौस्टिक सेन्सिंग नावाच्या तंत्राचा वापर करून, आम्ही एक सामान्य फायबर-ऑप्टिक केबल, इंटरनेट किंवा फोन सेवेसाठी वापरली जाणारी हजारो कंपन सेन्सरच्या स्ट्रिंगमध्ये बदलली.

एक लेसर-पल्सिंग संगणक, ज्याला प्रश्नकर्ता म्हणतात, केबलद्वारे प्रकाश पाठवतो आणि त्याच्या लांबीसह कंपनांमुळे होणारे लहान बदल मोजतो. आमच्या प्रयोगात, पेन स्टेट फॉर्सी प्रकल्पाचा एक भाग, आम्ही 2 मैल (4 किलोमीटरपेक्षा जास्त) लांबीची केबल वापरली. यामुळे आम्हाला 2,100 पेक्षा जास्त सेन्सर्स मिळाले, फक्त काही फूट अंतरावर, सर्व एकाच वेळी जमिनीवर ऐकू येतात.

दोन वर्षांमध्ये, आम्ही 458 स्पष्ट, उच्च-गुणवत्तेचे मेघगर्जना रेकॉर्ड करण्यासाठी आणि ओळखण्यासाठी जुन्या टेलिकॉम फायबरचा वापर केला.

या प्रक्रियेद्वारे कॅप्चर केलेल्या तपशिलांच्या प्रचंड प्रमाणामुळे आम्हाला असे काहीतरी पाहण्यास अनुमती दिली आहे जी आधी निरीक्षण करणे कठीण होते: वातावरणातील ध्वनी जमिनीशी संवाद साधताना विशिष्ट प्रकारच्या भूकंपाच्या लाटा निर्माण होतात.

या भूकंपाच्या लाटा सर्वात महत्त्वाच्या आहेत ज्यांना आपण हवेशी जोडलेल्या रेले लाटा म्हणतो. ते पृष्ठभागावर मोजता येण्याजोगे आहेत परंतु त्यांचा वापर अगदी खाली, अगदी 300 फूट (सुमारे 100 मीटर) खाली असलेल्या भूपृष्ठाचा अभ्यास करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.

खाली जमीन 'क्ष-किरण' कशी गडगडाट

या तंत्राची युक्ती भूकंपीय फैलाव म्हणून ओळखली जाते: वेगवेगळ्या फ्रिक्वेन्सीच्या लहरी वेगवेगळ्या खोलीवर प्रवास करतात. मेघगर्जनेच्या लहरींचा वेग वारंवारतेनुसार कसा बदलला याचे मोजमाप करून, आम्ही वेगवेगळ्या खोलीवर भूकंपाच्या लहरींच्या गतीची पुनर्रचना करू शकतो, ज्यामुळे आम्हाला फायबरच्या खाली असलेल्या जमिनीच्या गुणधर्मांचा अर्थ लावता येतो.

याचा परिणाम भूगर्भातील अंदाजे 300 फूट पसरलेल्या भूपृष्ठाच्या क्ष-किरणांच्या समतुल्य होता, एकही छिद्र न पाडता.

भूपृष्ठाच्या इमेजिंगसाठी विशेषत: विशेष उपकरणे आवश्यक असतात, जसे की ट्रक-माउंट केलेले कंपन स्त्रोत किंवा सेन्सरचे ॲरे जे सर्वेक्षणासाठी स्थापित करावे लागतात. हे पध्दत महागडे आणि मोठ्या क्षेत्रांवर तैनात करणे कठीण असू शकतात.

गडगडाटी वादळे भूकंपाच्या ऊर्जेचा नैसर्गिक स्रोत देतात जे आधीच संपूर्ण लँडस्केपमध्ये पसरलेले आहे. आणि फायबर-ऑप्टिक केबल्स जगभरातील शहरे आणि शहरांच्या खाली गाडल्या जातात.

भूकंपाचा स्रोत जमिनीवर आणण्याऐवजी, आपण डोक्यावरून जाणारी वादळे ऐकू शकतो. त्यामुळे जमिनीवर आधीच असलेल्या पायाभूत सुविधा आणि आकाशातून येणारी भूकंपीय ऊर्जा यांचा वापर करून, उथळ भूपृष्ठाचे सतत निरीक्षण करणे शक्य होऊ शकते.

आमच्या चाचणी साइटवर आम्हाला काय आढळले

स्टेट कॉलेज, पेनसिल्व्हेनियामध्ये, जिथे आम्ही चाचण्या घेतल्या, भूगर्भशास्त्र हे बहुतेक चुनखडी आणि डोलोमाईट, खडक आहेत जे भूगर्भातील पाणी त्यांच्यातून पुढे जात असताना हळूहळू विरघळू शकतात. कालांतराने, या प्रक्रियेमुळे फ्रॅक्चर, गुहा आणि सिंकहोल तयार होतात.

आमच्या मेघगर्जना अभ्यासाने चार भिन्न क्षेत्रे उघड केली जेथे भूकंपाच्या लाटा आजूबाजूच्या खडकाच्या तुलनेत खूपच हळू प्रवास करतात. हे “कमकुवत क्षेत्र” तुटलेले किंवा खराब झालेले खडक किंवा पाणी किंवा हवेच्या उपस्थितीमुळे होऊ शकतात. त्यापैकी दोन उपग्रह रडार दर्शविते की जमिनी सक्रियपणे कमी होत आहेत अशा क्षेत्रांशी जुळतात. चारही खोली जवळच्या साइटवर दस्तऐवजीकरण केलेल्या फ्रॅक्चर आणि व्हॉईड्सशी सुसंगत आहे.

हे परिणाम महत्त्वाचे आहेत कारण स्टेट कॉलेजच्या खाली असलेल्या कार्स्ट लँडस्केप्स व्यापक आहेत. ते जगाच्या महाद्वीपीय भूभागाच्या अंदाजे 20% व्यापतात आणि जागतिक लोकसंख्येच्या जवळजवळ एक चतुर्थांश भाग प्रभावित करतात. सिंकहोल्स, भूजल दूषित आणि या भूदृश्यांशी संबंधित इतर धोके इमारती, पायाभूत सुविधा आणि सार्वजनिक सुरक्षितता धोक्यात आणू शकतात. हे धोके कोठे आहेत हे जाणून घेणे चांगले बांधकाम आणि नियोजन करण्यास अनुमती देते.

केवळ गडगडाटासाठी नाही आणि केवळ पृथ्वीवर नाही

आमचे परिणाम एक मूलभूत प्रक्रिया दर्शवतात: वातावरणातील ध्वनी लहरी घन पृथ्वीवरील उपयुक्त भूकंपीय लहरींमध्ये रूपांतरित होऊ शकतात. पण मेघगर्जना हे फक्त एक उदाहरण आहे.

सोनिक बूम, ज्वालामुखीचा उद्रेक आणि उल्का वायु स्फोट अशाच वातावरणातील शॉक लाटा निर्माण करू शकतात, संभाव्यतः इतर नैसर्गिक भूकंप स्रोत तयार करू शकतात.

कल्पना पृथ्वीच्या पलीकडेही पसरू शकते. पृथ्वीसारखे टेक्टॉनिक भूकंप इतर काही ग्रहांवर आणि चंद्रांवर सामान्य असणे अपेक्षित नाही, परंतु तरीही वातावरणातील गडबड असू शकते.

टायटन, शनीचा सर्वात मोठा चंद्र आणि नासाच्या आगामी ड्रॅगनफ्लाय मोहिमेचे गंतव्यस्थान, ही एक आश्चर्यकारक शक्यता आहे. मॉडेल्सच्या अंदाजानुसार वीज आणि मेघगर्जना झाल्यास, वातावरणातील उर्जा संभाव्यतः त्याच्या पृष्ठभागाची तपासणी करण्याचा दुसरा मार्ग प्रदान करू शकते.

पृथ्वीवर परत, वातावरण आपल्या पायाखालच्या जमिनीशी सतत संवाद साधत असते. आमचे कार्य सूचित करते की हा परस्परसंवाद आपल्या खाली लपलेल्या जगाविषयी माहितीचा स्रोत असू शकतो.