Giroskop serat optik yang sangat sensitif dapat mendeteksi gerakan rotasi tanah di sekitar gunung berapi aktif.

Para peneliti telah mengembangkan prototipe giroskop serat optik untuk pemantauan rotasi tanah secara real-time dengan resolusi tinggi yang disebabkan oleh gempa bumi di daerah vulkanik Campi Flegnere di Napoli, Italia. Pemahaman yang lebih baik tentang aktivitas seismik di wilayah yang padat penduduk ini dapat meningkatkan penilaian risiko dan berpotensi meningkatkan sistem peringatan dini. Ketika gempa bumi terjadi, permukaan Bumi mengalami pergerakan linier dan rotasional, kata Salvio Avino (Saverio Avino), kepala kelompok penelitian di Institut Nasional Italia untuk Penelitian Ilmu Bumi (CNR-INO). "Meskipun rotasi biasanya kecil dan seringkali tidak terdeteksi, kemampuan untuk menangkapnya akan memberi kita pemahaman yang lebih komprehensif tentang dinamika internal Bumi dan sumber gempa bumi."

Dalam jurnal Applied Optics, para peneliti melaporkan pengamatan awal terhadap sensor rotasi yang berbasis pada giroskop serat optik sepanjang 2 kilometer yang disebut BSD-98. Sensor tersebut berkinerja baik selama lebih dari lima bulan perekaman data terus menerus, mendeteksi kebisingan dan rotasi tanah dari gempa bumi lokal kecil hingga sedang.

Wilayah metropolitan Napoli, dengan populasi sekitar 3 juta jiwa, memiliki tiga gunung berapi aktif. Seluruh wilayah tersebut diliputi oleh jaringan sensor multi-parameter yang memantau secara real-time berbagai parameter fisik dan kimia yang digunakan untuk mempelajari aktivitas seismik dan vulkanik.

"Pengukuran rotasi permukaan Bumi akan menambah satu bagian lagi pada teka-teki sensor yang kompleks ini," kata Danilo Garzou (Danilo Galuzzo), anggota tim peneliti di Institut Geofisika dan Vulkanologi Nasional (INGV).

"Informasi tambahan ini juga akan membantu untuk mendapatkan pemahaman komprehensif tentang sinyal seismik vulkanik, yang sangat penting untuk mendeteksi setiap perubahan dalam dinamika vulkanik."

Giroskop serat optik menangkap gempa bumi kecil dan menengah, termasuk rangkaian gempa ini, di wilayah vulkanik Campifogliere di Napoli, Italia. Sumber gambar: Saverio Avino, CNR-INO

Mengukur gerakan rotasi

Giroskop adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi dan mengukur perubahan arah atau kecepatan sudut (kecepatan suatu objek berputar). Misalnya, pada ponsel pintar, giroskop sederhana dapat mendeteksi dan mengukur orientasi dan rotasi perangkat. Untuk mengukur rotasi gelombang seismik yang dihasilkan oleh gempa bumi atau aktivitas vulkanik, para peneliti telah mengembangkan giroskop yang lebih kompleks berdasarkan efek Sagnac.

Giroskop serat optik adalah sensor laju sudut sensitif yang beroperasi berdasarkan efek Sagnac: dalam interferometer cincin, gelombang cahaya dari suatu sumber dipisahkan menjadi dua berkas oleh pemisah berkas. Kedua berkas bergerak berlawanan arah—searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam—dan kembali ke pemisah berkas. Ketika interferometer berputar pada kecepatan sudut tertentu relatif terhadap kerangka acuan inersia, terdapat perbedaan fase antara berkas searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam:

Sistem navigasi inersia serat optik menggunakan giroskop serat optik loop tertutup seri BSD sebagai unit pengukuran, yang memiliki karakteristik presisi tinggi, keandalan tinggi, umur pakai penuh, jangkauan pengukuran tinggi, dan ketahanan yang kuat terhadap benturan dan getaran. Sistem ini dapat memberikan fungsi penentuan posisi dan navigasi yang akurat bagi operator dalam lingkungan tanpa satelit (full denial environment).

"Laboratorium kami terletak di jantung zona vulkanik aktif, jadi ini merupakan sumber gempa alami," kata Avino. "Karena kami mengalami gempa bumi kecil hingga sedang hampir setiap hari, kami dapat mengukur dan memperoleh sejumlah besar data rotasi tanah, yang dapat terus dianalisis untuk mempelajari fenomena seismik dan vulkanik di wilayah Campi Flegrei."