استغلال الأطوار المتحوِّلة لتقدير المقدار بسرعة وإصدار تحذيرات مبكرة باستخدام الاستشعار الاهتزازي الموزَّع قبالة سواحل تشيلي

الاستماع إلى الزلازل باستخدام الكبلات تحت البحر

يمكن أن ترسل الزلازل التي تبدأ بعيدًا عن الساحل هزات قوية نحو المدن الساحلية، ومع ذلك تعتمد أنظمة التحذير التقليدية في الغالب على أجهزة موجودة على اليابسة. تستكشف هذه الدراسة طريقة جديدة لكسب ثوانٍ ثمينة من التحذير من خلال تحويل كبلات الألياف البصرية الموجودة على قاع البحر إلى حسّاسات زلازل عملاقة. يوضح الباحثون كيف أن الإشارات المبكرة الطفيفة على هذه الكبلات يمكن أن تكشف بسرعة عن مدى احتمال أن يصبح الزلزال كبيرًا، بما يكفي لمساعدة حماية الناس والبنى التحتية على اليابسة.

تحويل كبلات الإنترنت إلى آذان عملاقة

الكبلات الحديثة للألياف البصرية لا تنقل البيانات فحسب؛ بل يمكن أن تعمل أيضًا كسلاسل كثيفة من حسّاسات الاهتزاز عبر تقنية تُسمى الاستشعار الاهتزازي الموزَّع. يُرسَل ليزر إلى داخل الكابل وتكشف التغيرات الطفيفة في الضوءَ العائد عن مقدار امتداد أو انضغاط كل مقطع قصير. في مياه تشيلي قبالة الساحل، تراقب ثلاث أنظمة من هذا النوع نحو 400 كيلومتر من كابل قاع البحر، مسجلة بشكل متواصل حركة الأرض أثناء زلازل بأحجام متعددة، من هزات متواضعة إلى أحداث كبرى تتجاوز المقدار 7. من خلال تحليل هذه التسجيلات المفصَّلة، يسأل المؤلفون أي أجزاء من الإشارة هي الأكثر موثوقية لتقدير سرعة حجم الزلزال.

لماذا يصعب قراءة الاهتزاز الأولي

غالبًا ما يركز الإنذار المبكر التقليدي على اهتزازات الوصول الأولى المعروفة بموجات P لتقدير مدى احتمال أن يصبح الزلزال كبيرًا. لكن على الرواسب الطرية لقاع البحر تكون موجات P المبكرة ضعيفة وسرعان ما تطغى عليها أنماط موجية أعقد. في بيانات تشيلي، وجد الباحثون أن قياسات موجات P على طول الكبلات كانت متشتِّتة للغاية، خصوصًا بالنسبة للزلازل المتوسطة إلى الكبيرة. تحول الرواسب القريبة جزءًا من الطاقة إلى أنواع موجية مختلفة في أجزاء من الثانية، مما يقصّر نافذة موجة P النظيفة ويجعل من الصعب تمييز حدث كبير حقًا عن حدث أصغر اعتمادًا على موجات P وحدها.

السماح للموجات المتحوِّلة بسرد القصة

بدلًا من محاربة هذا التعقيد، قرر الفريق استغلاله. عندما تصطدم موجات P بحدِّ فاصل بين الرواسب الطرية والصخر الأصعب، فإنها تولِّد موجات جديدة تتحرك أبطأ لكنها تحمل هزات قوية، تشبه موجات S اللاحقة التي تتسبب في معظم الأضرار على البر. تصل هذه الموجات المتحوِّلة من نوع "P" بعد أجزاء صغيرة من الثانية من الإشارة الأولى، ومع ذلك أظهر الباحثون أن أقصى حركة لها تتناسب بوضوح مع حجم الزلزال، تمامًا مثل موجات S القوية التي تأتي لاحقًا. بعد تصحيح المسافة وتأثيرات الموقع المحلي على طول الكبلات، شكَّلت الإزاحات القصوى للموجات المتحوِّلة خطوطًا شبه مستقيمة عند رسمها مقابل مقدار الزلزال، عبر أحداث تقريبًا من المقدار 2.5 وحتى 7.4.

قراءة المقدار في غضون ثوانٍ معدودة

لاختبار ما إذا كان هذا السلوك مفيدًا للتحذير في الوقت الحقيقي، قاس المؤلفون أكبر حركة للموجات المتحوِّلة في نوافذ زمنية ثابتة قصيرة لا تتجاوز من ثانيتين إلى ست ثوانٍ بعد الوصولات الأولى. حتى في هذه الشرائح المبكرة جدًا من البيانات، زادت أمواج الموجات المتحوِّلة بأسلوب متوقع مع حجم الزلزال. باستخدام هذه العلاقات، قاموا بمحاكاة أداء نظام تحذير فعلي وأعادوا تشغيل حدث قبالة الساحل بمقدار 6.4 لم يكن جزءًا من بيانات الضبط الأصلية لديهم. في غضون حوالي خمس ثوانٍ من وصول الإشارة الأولى إلى الكبلات، استقر تقدير المقدار بالقرب من القيمة الحقيقية، بينما بقي أيضًا دون المستويات التي تبدأ فيها الأجهزة بالتشبع أثناء الهزات القوية جدًا.

خطوة نحو تحذيرات ساحلية أسرع

تُظهر الدراسة أن الموجات المتحوِّلة المبكرة المسجلة على كبلات الألياف البصرية البحرية يمكن أن توفّر قراءة سريعة وموثوقة لحجم الزلزال، حتى في بيئات رسوبية معقدة التي عادة ما تُربك الطرق القياسية. من خلال التركيز على مقاييس شبيهة بالإزاحة المستمدة من بيانات الكابل، واعتناق الموجات المتحوِّلة القوية بطبيعتها بدل تجاهلها، يمكن لنظام التحذير أن يقدّر مقادير الزلازل حتى نحو المقدار 6 ضمن عشرات الكيلومترات من الساحل قبل وصول أقوى الهزات إلى اليابسة. تشير هذه المقاربة إلى أن الكبلات البحرية القائمة يمكن تحويلها إلى أدوات قوية جديدة للإنذار المبكر من الزلازل، ما يكسب ثوانٍ ثمينة للناس والأنظمة الآلية للاستجابة.

الاستشهاد: Strumia, C., Trabattoni, A., Scala, A. et al. Harnessing converted phases for rapid magnitude estimation and early warning with distributed acoustic sensing offshore Chile. Commun Earth Environ 7, 212 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-025-03167-3

الكلمات المفتاحية: الإنذار المبكر من الزلازل, الاستشعار الاهتزازي الموزَّع, قبالة سواحل تشيلي, علم الزلازل عبر الألياف البصرية, زلازل قاع البحر