塞莱斯特·拉贝兹听到一声雷鸣般的声音在冰面上滚过。当时她正站在阿拉斯加州的塔库冰川上，这是一片广阔的被积雪覆盖的冰原，坐落在高耸的山脉之间，这时冰震开始了：这是一种由冰川突然移动引起的短暂的地震性震动。她立即手忙脚乱地拿起笔记本，记下了时间。拉贝兹是加州理工学院的研究生，她将把这个时间与她和同事刚刚部署的光纤电缆的数据进行对比，以研究这种地震——这是一种很有前景的新方法，正在撼动地质学和相关领域。
信息通过光纤电缆以激光脉冲的形式传播，大部分脉冲直接穿过头发丝般细的玻璃纤维。但不可避免地，少量光会撞击电缆中的微小缺陷并散射回光源。当电缆因地面振动（如地震甚至过往卡车的振动）而拉伸或弯曲时，这种反射会发生变化，科学家可以监测背散射光的变化来量化这些运动。这种技术——称为分布式声学传感 (DAS)——十年前由石油工业首次开发，最近已渗透到科学领域。“[DAS] 社区在过去几年中呈爆炸式增长，”莱斯大学的地球物理学家乔纳森·阿霍-富兰克林说。美国地球物理联合会上个月组织的一次研讨会包括了使用该技术对冰川进行成像、监测雷暴和窥探深海的科学家。
DAS 的一个主要优势是光纤电缆可以长达数公里，单根电缆可以像一个由数千个传感器组成的网络一样工作，覆盖其路径上的每一米。相反，传统的地震仪仅记录单个点的地面运动——这是地球内部成像的主要障碍。例如，当圣海伦斯火山在 1980 年灾难性喷发前开始隆隆作响时，由于附近只有一个地震仪，科学家无法判断地震是否 वास्तव中是由正在苏醒的火山引起的。“把它想象成路灯，”斯坦福大学的地球物理学家纳撒尼尔·林赛说。“如果你只有几盏路灯来照亮整座火山，那就不会那么有效。”
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第二个好处是光纤电缆已经纵横交错地遍布世界各地。虽然一些地点（如塔库冰川）需要新的电缆，但其他地点——从城市到海底——都有未使用的电缆或可以改装用于 DAS 的电缆。这种可用性很大程度上源于 1990 年代的互联网泡沫，当时电信公司安装了长长的电缆；其中一些被称为暗光纤的电缆仍然未被使用。因此，科学家只需将一端连接到“询问器”单元，该单元向另一端发射一连串激光脉冲并监测任何背散射——瞧，一个新的地震波传感网络就准备就绪了。
去年，宾夕法尼亚州立大学的地球物理学家朱铁元改造了大学现有光纤网络中未使用的电缆，以搜索校园下方的微弱振动。他惊讶地发现雷暴之夜的数据中有多次隆隆声。尽管科学家们早就知道响亮噪音的空气振动会使地球表面震动，但尚不清楚新技术是否可以探测到这种“雷震”。但是，当朱铁元将他的结果与 NASA 的数据同步时，就毫无疑问了。“我认为使用这项技术‘点亮’城市区域具有巨大的潜力，”他说。“而且不仅可以监测地震，还可以监测地质灾害[如滑坡或海啸]和天气。”
其他科学家正在关注更偏远的目标。在去年 11 月发表在科学杂志上的一篇论文中，林赛、阿霍-富兰克林和蒙特雷湾水族馆研究所的克雷格·道依将一个询问器连接到一条 20 公里的光纤电缆上，该电缆通常用于传输来自蒙特雷湾附近海底科学仪器的数据。该系统当时正在进行维护，这让科学家有机会寻找振动。仅仅四天，他们就绘制了多个水下断层带，并描述了上方海浪引起的海底震动。更详细的海底地图将帮助科学家更好地预测地震和海底火山——这两者都可能引起危及生命的海啸。
然后是冰川工作，拉贝兹和她的同事们为此将单根电缆变成了 3,000 个地震传感器。早期结果显示，在五个小时的时间里发生了 100 次冰震——其中许多可能是由融水迫使冰川内部裂缝张开引起的。拉贝兹的学术顾问、加州理工学院的地震学家詹仲文希望有一天能在格陵兰岛或南极洲永久铺设光纤电缆，以帮助研究人员更多地了解气候变化驱动的冰川融化如何导致海平面上升。
詹仲文甚至有一个更大的梦想：使用大约 1,000 公里的暗光纤在加利福尼亚州建立一个相当于一百万个传感器的阵列。他已经将 37 公里的光纤改造成了帕萨迪纳下方的永久地震网络，并希望在该州的其他城市也这样做。这些数据可以揭示城市基础设施的脆弱性，并有助于在地震开始时立即向市民发出警报。“这将在社区准备方面提供巨大的帮助，”詹仲文说。目前，科学家无法预测地震——但更好地了解偶尔导致主震的前震可能只会有所帮助。
“更多关于地震究竟是如何开始和成核的数据可能是一项改变游戏规则的技术，”劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的地震学家罗伯特·梅勒斯说，他没有参与这项研究。
但是，所涉及的数据量也带来了处理问题。DAS 很容易为单根光纤电缆每天生成 10 TB 的数据；这在短短 100 天内就会累积到 1 PB。相比之下，国际地震数据存储库——收集全球所有可用的地震数据——包含的数据量还不到 1 PB。在科学家们利用暗光纤并在偏远地区部署电缆之前，他们首先必须学习如何存储和共享海量信息。