Наука и технологии 17 февруари 2026 г. · 1 коментар
Подводните кабели могат да служат за повече от една цел. Кредит за изображение: CC BY-SA 3.0 Babiesan
В момента има около 1,5 милиона километра кабели, простиращи се по дъното на световния океан.
Марк-Андре Гучер: Прогнозирането на земетресения представлява сериозно предизвикателство на сушата, но в океаните, които покриват около 70% от повърхността на Земята, това е почти невъзможно. Въпреки това огромната мрежа от подводни кабели, които пресичат световните морета, скоро може да промени това.
Освен че предават данни около планетата, те могат също да наблюдават тектоничните движения, които причиняват земетресения и цунами.
Проектът „Използване на оптичен кабел за морското дъно“ (FOCUS) демонстрира как можем да използваме съществуващи оптични кабели за откриване на малки движения на морското дъно, причинени от тектонични разломи. Нашата цел е да подобрим разбирането на дейността на разлома и следователно на възможните земетресения.
Основната област на изследване на проекта беше наскоро картографиран тектоничен разлом на дъното на Средиземно море, на около 30 км от Катания, Сицилия. Разположен в подножието на планината Етна, най-високият и най-активен вулкан в Европа, разломът е „приплъзване“, вид вертикален разлом в земната кора, който е особено склонен да причинява земетресения.
Местоположението е важно. Източна Сицилия и Катания, градски регион с 1 милион души, бяха ударени от няколко опустошителни земетресения през последните векове.
Земетресението в Месина от 1908 г. (с магнитуд 7,2) и цунамито убиха 72 000 души, докато земетресението в Катания от 1693 г. (с прогнозен магнитуд 7,5, най-силното в историята на Италия) уби около 60 000 души и разруши повечето от големите сгради в Катания.
Катания също така е дом на институт по ядрена физика, INFN-LNS, който управлява офшорна изследователска станция, състояща се от обсерватория на морското дъно с кабел. Първоначално проектиран като тестова площадка за неутрино телескопа на института, разположен на 100 км, южният клон на този дълъг 29 км електро-оптичен кабел завършва само на 2,5 км от наскоро картографирания разлом на морското дъно.
Проектът FOCUS работи чрез разполагане на специално проектиран опъващ кабел през новокартографирания разлом с надеждата да открие тектонично движение. Всяко движение, колкото и малко да е, би дръпнало кабела и би удължило оптичните влакна вътре. Това може да бъде открито чрез анализиране на лазерна светлина, изстреляна в оптичните влакна.
Кабели на морското дъно
През октомври 2020 г. моят екип и аз проведохме първата си морска експедиция на площадката INFN-LNS близо до Сицилия с френския изследователски кораб PourquoiPas?.
Първо, свързахме нашия специално проектиран опъващ кабел с дължина 6 километра (подобен на подводни телекомуникационни кабели, но със специални сензорни влакна) към обсерваторията на морското дъно. С помощта на подводен плуг този кабел беше заровен на около 20 см под морското дъно, пресичайки разлома на четири различни места на около 1 км едно от друго.
Комплект от 8 акустични маяка също бяха поставени на място, по 4 от всяка страна на разлома. Това беше, за да се измери независимо всяко възможно движение на разлома – всяка промяна в базовите линии между маяците ще потвърди, че е имало движение.
След това лазерната светлина беше изстреляна на редовни интервали от 2 часа през 29-километровия електрооптичен кабел на изследователския обект и в оптичния кабел FOCUS, който включваше тройна верига във влакната, позволявайки на светлината да се движи напред и назад три пъти за обща дължина на оптичния път от 47 km.
Лазерът използва техника, известна като BOTDR (Brillouin Optical Time Domain Reflectometry). Това се използва от десетилетия за наблюдение на деформацията на големи инженерни инфраструктури като мостове, язовири и тръбопроводи.
Фалшивите аларми показват, че системата работи
Естествено смущение в оптичния кабел FOCUS беше открито около 1 месец по-късно, през ноември 2020 г., представляващо удължение от около 1,5 cm при първото пресичане на разлома. Първоначално изглеждаше, че разломът може да се е преместил, но акустичните маяци не показаха промяна.
Най-вероятната причина за смущението на кабела е подводно свлачище, подобно на лавина от седименти на дъното на морето.
Второ смущение на кабела се случи през септември 2021 г., но в този случай определено знаем причината. Ръководих операция, която използваше безпилотна подводница за поставяне на торби с тежести върху части от кабела, които не бяха добре заровени и лежаха на морското дъно или обхващаха неравен терен.
Близо 100 торби с тежести (тежащи по 25 кг всяка) бяха поставени върху кабела на 4 места, натискайки кабела надолу в меката кал и удължавайки влакната вътре. Специалните стегнати влакна в кабела FOCUS бяха по-чувствителни от стандартните хлабави влакна, използвани от телекомуникационната индустрия, и показаха много силни сигнали.
Въпреки че тези две показания не показват тектонично движение, те ясно демонстрират, че подводните кабели могат да ни помогнат да наблюдаваме отблизо морското дъно.
Търговски кабели
Вторична област за изследване на проекта FOCUS беше мрежа от търговски телекомуникационни кабели, свързващи островите на архипелага Гваделупа. През тригодишния период между 2022 г. и 2024 г. аз, заедно с партньори от IDIL fiber optics, проведох серия от измервания на BOTDR на интервали от 3-6 месеца от крайпътни разклонителни кутии.
Наблюдавахме сезонни промени в сигналите на BOTDR в плитките части на кабела (обикновено на дълбочини от 10-100 m), вероятно от температурни промени на морското дъно. За да потвърдим това, сравнихме температурните промени въз основа на нашите показания на кабела с независими сателитни данни. Те бяха с точност до около 0,1°C.
Също така наблюдавахме силно механично напрежение в телекомуникационните кабели на специфични географски места, като прекъсвания на шелфове, подводни каньони и тесни проливи между острови, изложени на бури и силни течения.
Резултатите от нашето проучване в Гваделупа потвърдиха точността и чувствителността на показанията от търговски кабели, за разлика от по-специализираните кабели, използвани в обекта в Катания. Те подчертаха потенциалната им употреба за откриване на механични смущения на кабела (естествени или причинени от човека) и за извършване на дългосрочен мониторинг на околната среда.
Заедно тези резултати предлагат голямо обещание за трансформиране на голяма част от огромната световна мрежа от подводни телекомуникационни кабели в сеизмологични и екологични сензори, за да помогнат за по-добро наблюдение на опасността от земетресения и изменението на климата.
Marc-Andre Gutscher, Directoreur de Recherche CNRS, geophysique marine, Université de Bretagne occidentale
Тази статия е препубликувана от The Conversation под лиценз Creative Commons.
Прочетете оригиналната статия.
Източник: Разговорът | Коментари (1)