גירוסקופ סיבים אופטיים חדש שפותח עבור אזור הוולקני Campi Flegrei בנאפולי הראה פוטנציאל בשיפור ניטור רעידות אדמה על ידי זיהוי סיבובי קרקע. מערכת זו, שנבדקה במשך מספר חודשים, יכולה לספק נתונים חיוניים למערכות התרעה מוקדמות ולהערכות סיכונים באזורים געשיים פעילים מבחינה סיסמית. קרדיט: twoday.co.il.com
חוקרים פיתחו אב טיפוס של גירוסקופ סיבים אופטיים לניטור סיבובי קרקע במהלך רעידות אדמה בקמפי פלגרי, נאפולי. מערכת חיישנים מתקדמת זו, הלוכדת תנועות סיבוביות וליניאריות, עשויה להוביל להערכות סיכונים טובות יותר ולמערכות התרעה מוקדמות באזור געשי זה.
"כאשר מתרחשת פעילות סיסמית, פני כדור הארץ חווה תנועות ליניאריות וסיבוביות כאחד", אמר מנהיג צוות המחקר Saverio Avino מ-Consiglio Nazionale delle Ricerche Istituto Nazionale di Ottica. "למרות שהסיבובים הם בדרך כלל קטנים מאוד ולא מנוטרים בדרך כלל, היכולת ללכוד אותם תספק הבנה מלאה יותר של הדינמיקה הפנימית של כדור הארץ ושל המקורות הסיסמיים."
חיישן הסיבוב החדש שלהם, המבוסס על גירוסקופ סיבים אופטיים באורך 2 ק"מ, רשם נתונים ברציפות במשך חמישה חודשים וזיהה בהצלחה רעש וסיבובי קרקע מרעידות אדמה מקומיות קטנות עד בינוניות. החוקרים פרסמו את הנתונים התצפיתיים המקדימים מהחיישן בכתב העת Optica Publishing Group אופטיקה שימושית.
חוקרים בנו אב טיפוס של גירוסקופ סיבים אופטיים (בתמונה) לניטור בזמן אמת ברזולוציה גבוהה של סיבובי קרקע שנגרמו על ידי רעידות אדמה באזור געשי פעיל. הסיבים מלופפים במדויק סביב סליל אלומיניום ליצירת ג'ירוסקופ המבוסס על אפקט סגנאק. קרדיט: Saverio Avino, CNR-INO
פריסת חיישנים בנאפולי
נאפולי, ביתם של כ-3 מיליון בני אדם ושלושה הרי געש פעילים, מצוידת ברשת של חיישנים מולטי-פרמטריים המכסה את כל העיר. חיישנים אלה עוקבים אחר פרמטרים פיסיקליים וכימיים שונים כדי לחקור פעילות סייסמית וגעשית בזמן אמת.
"מדידה של סיבובי קרקע תוסיף אריח נוסף לפסיפס המורכב הזה של חיישנים", אמר דנילו גאלוצו מהמכון הלאומי לגיאופיזיקה ווולקנולוגיה. "מידע נוסף זה יסייע גם בהבנה המקיפה של אותות רעידת אדמה געשית, שהם חיוניים לזיהוי כל שינוי בדינמיקה של הרי געש."
גירוסקופ הסיבים האופטיים תפס רעידות אדמה קטנות עד בינוניות, כולל נחיל רעידות אדמה זה, באזור הוולקני של Campi Flegrei בנאפולי, איטליה. קרדיט: Saverio Avino, CNR-INO
מדידת תנועה סיבובית
גירוסקופים הם מכשירים המשמשים לאיתור ולמדוד שינויים בכיוון או במהירות זוויתית – הקצב שבו עצם מסתובב. לדוגמה, בסמארטפונים גירוסקופים פשוטים מזהים ומודדים את כיוון המכשיר וסיבובו. כדי למדוד סיבוב בגלים סייסמיים מרעידת אדמה או פעילות געשית, החוקרים פיתחו גירוסקופ מורכב יותר המבוסס על אפקט סאג'אק.
אפקט Sagnac מתרחש כאשר אור הנוסע בכיוונים מנוגדים סביב לולאה סגורה מציג זמני נסיעה שונים. זה מוביל לדפוסי הפרעות ניתנים למדידה באור התלויים בקצב הסיבוב של הלולאה. על ידי מדידת הפרעות האור, ניתן לזהות את המהירות הזוויתית ברזולוציה גבוהה.
מפה של האזור הוולקני Campi Flegrei עם תחנות סייסמיות של רשת הניטור (משולשים כחולים) והג'ירוסקופ סיבים אופטיים (עיגול כתום) וכמה אירועים סייסמיים מתועדים (עיגולים אדומים). קרדיט: Saverio Avino, CNR-INO
"המעבדות שלנו ממוקמות בלב אזור געשי פעיל, ובכך נוצרות מקור טבעי לרעידות אדמה", אמר אבינו. "מכיוון שאנו חווים רעידות אדמה קטנות/בינוניות כמעט כל יום, אנו יכולים למדוד ולרכוש מספר רב של נתונים על סיבובי קרקע, אותם ניתן לנתח ברציפות כדי לחקור תופעות סייסמיות ווולקניות של אזור קמפי פלגרי".
לכידת פעילות סייסמית
החוקרים הרכיבו אב טיפוס חיישן סיבובי סיבים אופטיים תוך שימוש במכשור ורכיבים מעבדתיים סטנדרטיים. כדי לבדוק זאת, הם החדירו אור לכבל סיב אופטי באורך 2 ק"מ, בדומה לאלו המשמשים לתקשורת אופטית. כבל הסיבים יצר לולאה שבה מחוברים הקלט והפלט, ויצרו נתיב אור רציף ללא הפסקות, והוא נכרך במדויק סביב סליל אלומיניום בקוטר 25 ס"מ ליצירת סליל.
מעבדות Consiglio Nazionale delle Ricerche מתוארות למרגלות הר הגעש השקט מונטה גאורו. קרדיט: Saverio Avino, CNR-INO
במהלך הניסויים, החיישן האופטי נשמר בסביבת מעבדה מבוקרת בבניין היושב על גבי לוע הר געש – שקע גדול שנוצר כאשר הר געש מתפרץ ומתמוטט. "הגרסה הראשונה של המערכת הראתה רזולוציה דומה לגירוסקופים חדישים אחרים של סיבים אופטיים", אמרה המחברת הראשונה של העיתון, Marialuisa Capezzuto, שהיא מ-CNR-INO ועבדה על מכשיר הניסוי. "היה לו גם מחזור עבודה טוב מאוד – אחוז הזמן שהמכשיר מודד/רוכש נתונים – מה שאפשר לנו להפעיל את המערכת ברציפות במשך כחמישה חודשים."
"אב-טיפוס הג'ירוסקופ יכול למדוד רק אחד משלושת המרכיבים הכיווניים של תנועת הסיבוב. עם זאת, שילוב של שלושה מאותם גירוסקופים, שכל אחד מהם מכוון ללכוד ציר סיבוב שונה, יכול לשמש כדי ללכוד את כל שלושת המרכיבים", אמר לואיג'י סנטמריה אמאטו מסוכנות החלל האיטלקית (ASI). לאחר שהחוקרים שיפרו את הרזולוציה והיציבות של המערכת החד-צירית, הם מתכננים להקים גירוסקופ בעל שלושה צירים. בסופו של דבר, הם רוצים ליצור מצפה קבוע לסיבוב קרקע באזור Campi Flegrei.
