Fiber Optik Kablolar Depremde Sizi Nasıl Uyarabilir?

Türkiye'de ve Suriye'de geçtiğimiz pazartesi gerçekleşen 7,8 büyüklüğündeki deprem, Dünya adlı gezegenin, derinlerde gizler sakladığını acı bir şekilde hatırlattı. Bilim insanları, fay hatlarının depreme daha eğimli olduğunu bilmekle birlikte, sallantının ne zaman vuracağını veya büyüklüğünü söyleyemiyorlar. Bilselerdi, bugünkü zayiat 20 bini aşmazdı; arama kurtarma çalışanları hayatta kalanları hâlâ bulmaya çalışıyor.

Fakat son yıllarda bilim insanları, erken deprem uyarı sistemleri geliştirme konusunda ilerleme gösterdi; bu sistemlerde sismometreler uğultuların başlangıcını tespit ederek doğrudan insanların telefonlarına uyarı gönderiyor. Söz konusu uyarı depremden günler veya saatler önce değil, saniyeler önce gönderiliyor. Gezegenin sismik sallantıları, bilim insanlarının kesin uyarı zamanları sunabilmesi için fazla ani gerçekleşiyor.

Fakat yeni bir teknik düşünmek gerekirse, bu erken uyarı sistemleri geliştirilerek, gelmekte olan depremlere hazırlanmak için insanlara daha fazla zaman sağlanabilir; tabii bu uyarı, kişinin depremin merkezine mesafesine bağlı olarak, yine birkaç saniye olacaktır. Buna dağıtık akustik algılama (distributed acoustic sensing, DAS) adı veriliyor. Alanda henüz yeni bir konu olsa da DAS, ayaklarımızın altındaki fiber optik kablolara bağlanarak, sismik dalgaları tespit edebilecek, kapsamlı ve ultra hassas bir ağ sunabilir. Bu kablolar telekomünikasyon için kullanılsa da deprem ve volkanik patlamaların tespiti için de kullanılabilir zira gerçekleşen zemin hareket, kablo boyunca giden ışığı aksatacağından belirgin bir sinyal sağlar.

DAS depremi öngöremez; yalnızca ilk titreşimleri tespit edebilir. “İster sismometre ister fiber optik kablo olsun hiçbir sistem sensörde olmayan bir şeyi önceden tespit edemez,” diyor German Research Centre for Geosciences’dan yer bilimci Philippe Jousset; kendisi İtalya’daki Etna Dağı’nda volkanik hareketlilik tespit etmek için DAS’ı kullanmış. “Erken tespit yapabilmek için, sensörü kaynağa olabildiğince yakın yerleştirmeliyiz. Her yerde fazlasıyla kablo var. Hepsini aynı anda izleyebilirsek, bir şeyler olmaya başladığı an bilgi edinebiliriz.”

Fay kırıldığında farklı türde sismik dalgalar yayar. Birincil sarsıntılar (yani P dalgaları) saniyede 3,7 mil gidebilir. Bunlar evlere ve diğer altyapıya çok zarar vermez. İkincil dalgalar (veya S dalgaları) çok daha hasar vericidir ve saniyede 2,5 mil yol kat ederler. Daha da yıkıcı olanlar ise yüzey dalgalarıdır; bunlar S dalgalarıyla aynı hızda veya biraz daha yavaştır. Bunlar Dünya’nın yüzeyini kırıp geçerek zeminde büyük deformasyonlara yol açarlar. (Bilhassa yıkıcı olmalarının nedeni enerjilerinin, yüzey boyunca nispeten düz bir alanda yoğunlaşmış olmasıdır. Öte yandan P dalgaları ve S dalgaları yerin altında daha üç boyutlu bir alana yayılarak enerjilerini dağıtırlar.)

Mevcut deprem erken uyarı sistemleri (örneğin United States Geological Survey’nin ShakeAlert’ü) sismometreler aracılığıyla farklı hızlardaki sismik dalgaları kullanıyor. ShakeAlert; Kaliforniya, Oregon ve Washington çapında yaklaşık 1,400 sismik istasyonu kapsıyor ve yaklaşık 300 istasyon daha eklemeyi planlıyor. Bu istasyonlar hızlı hareket eden P dalgalarını izliyor çünkü bu dalgalar daha hasarlı olabilen S dalgalarının ve yüzey dalgalarının habercisi olabiliyor. Bu sinyal veri merkezine gönderiliyor. Sistemin algoritmaları, sarsıntının 5 büyüklüğünden fazla olacağını hesaplarsa, yerel sakinlerin cep telefonlarında acil durum alarmı gönderiliyor. (ShakeAlert’ün Google ile ortaklığı sayesinde sarsıntı 4,5’ten büyükse Android kullanıcılarına iletiliyor.)

Modern telekomünikasyon ekipmanları sayesinde, verinin bu biçimde gönderilip alınması ışık hızında (yani saniyede yaklaşık 186 bin mil) gerçekleşiyor ki bu, yıkıcı sismik dalgaların hızından çok ama çok daha fazla. Fakat bölgede yaşayan bir sakinin uyarıyı ne kadar erken alacağı, deprem merkezi ile arasındaki mesafeye bağlı olacak. Merkezin üzerindeyse, sarsıntıyı hissetmeden önce uyarıyı göndermenin bir yolu yok. Gök gürültülü fırtınayı düşünün; yıldırıma ne kadar yakınsanız, gök gürültüsünü o kadar erken duyarsınız.

“Her şey çok hızlı olup bitiyor,” diyor Robert-Michael de Groot; kendisi USGS Earthquake Science Center’da görevli ShakeAlert operasyon ekibinin bir üyesi. “Yeterince uzaktaysanız birkaç saniye önceden haberdar olabilirsiniz. Bu da deprem erken uyarı sisteminin icadından öncesine kıyasla çok daha iyi bir durum çünkü o günlerde bir şeyler olduğuna dair tek sinyal yerin sarsılmasıydı.”

Bu birkaç saniye içerisinde insanlar çocuklarını toparlayıp bir masanın altına girebilir. ShakeAlert, depremden ya da insanların yüzeyde yoğun sarsıntılar olarak deneyimlediği kısmından hızlı hareket ediyor denilebilir. “Bu bir yarış,” diyor de Groot. “İnsanlar hafif bir oynamayı hissedebilirler ama büyük sarsıntı olduğunda, uyarının çoktan gitmiş olmasını ve insanların güvenli bir yere geçmesini diliyoruz.”

DAS da ShakeAlert ile aynı prensiple çalışıyor fakat P dalgalarını izleyen sismometreler yerine geniş bir alana yayılan fiber optik kablolar kullanıyor. Bilim insanları, kullanılmayan kablolara “sorgulayıcı” adı verilen bir cihazı bağlamak için izin alabilir. (Telekom şirketleri sıklıkla ihtiyaçtan daha fazla kablo çekiyor.) Bu cihaz kablo boyunca lazer sinyaller gönderiyor ve fiber aksaklığa uğradığında seken ışık parçacıklarını analiz ediyor. Bilim insanları ışık hızını bildiğindan, sinyalin sorgulayıcı cihaza geri döndüğü süreyi kullanarak sorunu tespit edebiliyor.

DAS, sismograf gibi tek bir noktada sismik ölçümler yapmak yerine, miller boyu uzanan ve dev bir deprem sensörü işlevi gören bir hattı kapsıyor diyebiliriz. Bölgede çapraşık ve kesişen birçok kablo varsa daha bile iyi. “DAS’ın büyük avantajlarından biri bu kabloların çoğunun hâlihazırda döşenmiş olması. Yani kullanıma hazır,” diyor Şikago Üniversitesi’nden sismolog Sunyoung Park.

DAS, yerin altına yayılmış fiber optik kabloların bulunduğu kırsal alanlar gibi, uygun sismik istasyonların olmadığı yerlerde de veri toplayabiliyor. Bu kablolar aynı zamanda denizin altında olduğu için (yani kıyılar boyunca ilerleyip okyanuslar boyunca kıtaları birbirine bağladığı için) oradaki depremleri de algılayabiliyor. Araştırmacılar, bu daha uzun mesafeler söz konusu olduğunda, sinyalleri güçlendiren kablolar boyunca her 40 milde bir yerleştirilmiş "tekrarlayıcı" cihazlar kullanıyor. Bu durumda, bir sorgulayıcıya geri dönen ışığı analiz etmek yerine, her tekrarlayıcıya ulaşan sinyali analiz ediyorlar.

Geçtiğimiz yıl, bilim insanları Birleşik Krallık'tan Kanada'ya uzanan bir kabloyu Peru'daki depremleri tespit etmek için nasıl kullandıklarını anlattı. Teknik o kadar büyük bir hassasiyet gerektiriyordu ki kablo, gelgitlerin hareketini bile yakaladı; bu da yöntemin, su altı depremlerinden kaynaklanan tsunamileri tespit etmek için potansiyel olarak kullanılabileceği anlamına geliyor.

Geçen ay Scientific Reports dergisinde, bir başka araştırma ekibi Şili, Yunanistan ve Fransa kıyılarında depremleri tespit etmek için denizaltı kablolarını nasıl kullandıklarını anlattı. Bu verileri, aynı olayları izleyen sismometre verileriyle karşılaştırdılar ve eşleşme gördüler. İsrail’deki Hebrew University’de sismolog ve makalenin baş yazarı Itzhak Lior, “Deprem sırasında gerçek zamanlı olarak optik fiber kullanılarak kaydedilen sinyalleri analiz edebiliyor ve depremin büyüklüğünü tahmin edebiliyoruz,” diyor. “Burada oyunun kurallarını değiştiren şey, fiber boyunca her 10 metrede bir büyüklüğü tahmin edebiliyor olmamız.”

Alışılagelmiş sismometreler tek bir noktada ölçüm yaptığından, örneğin yanından geçen büyük araçların neden olduğu, yerel veri gürültüsüyle savrulabilir. Lior, "Fiberiniz varsa depremi gürültüden oldukça kolay bir şekilde ayırt edebilirsiniz çünkü deprem neredeyse anında yüzlerce metre boyunca kaydedilir,” diyor. "Eğer sebebi araba ya da tren gibi yerel bir gürültü kaynağıysa yalnızca birkaç on metre boyunca görürsünüz.”

Temel olarak DAS, sismik verilerin çözünürlüğünü önemli ölçüde artırıyor. Fakat bu, son derece hassas cihazların yerine geçeceği anlamına gelmiyor; daha çok onları tamamlayacak nitelikte. Genel kanı, deprem merkez üslerine daha yakın sismik dedektörler yerleştirmek ve kapsama alanını iyileştirmek üzerine. Lior, “Bu anlamda, sismometrelerinizin veya DAS'ınızın olması gerçekten önemli değil,” diyor. “Depreme ne kadar yakınsanız o kadar iyi.”

DAS araştırmasının başa çıkması gereken birkaç zorluk var; en öne çıkan bir husus fiber optik kabloların sismik aktiviteyi tespit etmek için değil, bilgi taşımak için tasarlanmış olması. Park, “DAS kablolarıyla ilgili sorunlardan biri, bunların zemine’'iyi bağlanmış’ olmamasıdır,” diyor; bu da hatların borulara gevşek bir şekilde döşenmiş olduğu anlamına geliyor. Uygun bir sismometrenin hassaslıkla ayarlanıp yerleştirilmesi gerekir ki uğultuyu tespit edebilsin. Bilim insanları, bir kablonun veri toplamasının, yer altına nasıl döşendiğine bağlı olarak nasıl değişebileceğini araştırıyor. Ancak özellikle kentsel alanlarda kilometrelerce fiber optik bulunduğundan, bilim insanlarının birçok seçeneği var. Park, “Çok yoğun bir alanda olduğu için oynayabileceğiniz çok fazla veri var,” diyor.

Tel Aviv Üniversitesi'nde DAS okuyan jeofizikçi Ariel Lellouch’a göreyse diğer bir engel, fiber optiğe sürekli olarak lazer darbeleri gönderip sorgulayıcılara geri gelen veriyi analiz etmenin, ayrıştırılacak muazzam miktarda bilgi oluşturması. Lellouch, “Edindiğiniz çok büyük miktarda bir veri ve bunun işlenmesi, büyük olasılıkla, alanda yapmanız gerekeceği anlamına geliyor,” diyor. “Yani, tüm verileri internete yükleyip daha sonra merkezî bir yerde işleyemezsiniz çünkü yüklediğiniz zaman, deprem sizi çoktan geride bırakmış oluyor.”

Gelecekte, bu işlem aslında bizzat sorgulayıcılar tarafından gerçekleştirilebilir ve sürekli çalışan dedektörlerden bir ağ oluşturabilir. Size interneti getiren aynı fiber optik kablolar, depreme hazırlanmanız için size ekstra değerli saniyeler kazandırabilir.

Bu makale Wired.com'de yayınlanmıştır.