Ερευνητές που χρηματοδοτούνται από την ΕΕ διερευνούν πώς τα υποθαλάσσια καλώδια επικοινωνίας μπορούν να διπλασιαστούν ως περιβαλλοντικοί και σεισμικοί αισθητήρες - μια πιθανή αλλαγή του παιχνιδιού για τα συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης.
Του Μάικλ Άλεν
Κάτω από τους ωκεανούς του κόσμου, μια σιωπηλή επανάσταση βρίσκεται σε εξέλιξη. Περισσότερα από 1,48 εκατομμύρια χιλιόμετρα υποβρύχιων καλωδίων οπτικών ινών μεταφέρουν σχεδόν όλη την παγκόσμια κίνηση διαδικτύου και τηλεφώνου. Τώρα οι ερευνητές δείχνουν ότι αυτά τα καλώδια μπορούν να κάνουν περισσότερα από τη μετάδοση δεδομένων: μπορούν να ακούσουν τον πλανήτη.
Καταγράφοντας μικροσκοπικές αλλαγές στον τρόπο με τον οποίο το φως ταξιδεύει μέσα από αυτά, αυτά τα καλώδια μπορούν να ανιχνεύσουν αλλαγές στην κίνηση, τους κραδασμούς και τη θερμοκρασία του βυθού και του νερού.
Μια ερευνητική πρωτοβουλία που χρηματοδοτείται από την ΕΕ στον αναδυόμενο τομέα της ανίχνευσης του θαλάσσιου πυθμένα με οπτικές ίνες εργάζεται σε τεχνολογία για να μετατρέψει τον πυθμένα του ωκεανού σε ένα τεράστιο παρατηρητήριο σε πραγματικό χρόνο. Οι ανακαλύψεις που έγιναν θα επιτρέψουν στους επιστήμονες να παρακολουθούν καλύτερα την κλιματική αλλαγή, να παρακολουθούν την τεκτονική δραστηριότητα και να βελτιώνουν τις προειδοποιήσεις για τσουνάμι και σεισμούς.
Περίπου το 70 τοις εκατό της επιφάνειας της Γης καλύπτεται από νερό, ωστόσο το μεγαλύτερο μέρος του είναι απρόσιτο από τα συμβατικά σεισμολογικά όργανα.
«Έχουμε εξαιρετική δορυφορική κάλυψη της επιφάνειας της θάλασσας», δήλωσε ο Marc-André Gutscher, θαλάσσιος γεωεπιστήμονας στο ερευνητικό κέντρο Geo-Ocean στη Βρέστη της Γαλλίας. «Αλλά βαθιά από κάτω, όπου προέρχονται οι περισσότεροι σεισμοί και τσουνάμι, έχουμε πολύ λίγες άμεσες παρατηρήσεις».
Αυτό αρχίζει να αλλάζει χάρη στην έρευνα για το πώς τα υποθαλάσσια καλώδια θα μπορούσαν να επαναχρησιμοποιηθούν ως παγκόσμιο δίκτυο ανίχνευσης.
Δύο συμπληρωματικές τεχνικές κυριαρχούν στον τομέα: Κατανεμημένη Ακουστική Ανίχνευση (DAS) και Ανακλαστικότητα Τομέα Οπτικού Χρόνου Brillouin (BOTDR).
Ο Gutscher ηγήθηκε μιας επταετούς ερευνητικής πρωτοβουλίας που χρηματοδοτήθηκε από την ΕΕ με την ονομασία FOCUS, η οποία ολοκληρώθηκε τον Σεπτέμβριο του 2025.
Διερεύνησε πώς αυτές οι δύο τεχνικές μπορούν να ανιχνεύσουν μικροσκοπικές παραμορφώσεις –μόλις ένα ή δύο εκατοστά– κατά μήκος των ενεργών ρηγματικών γραμμών βαθέων υδάτων.
Για να δοκιμάσει την ιδέα, η ομάδα εγκατέστησε ένα πρωτότυπο καλώδιο μήκους 6 χιλιομέτρων στον πυθμένα της θάλασσας κατά μήκος του ρήγματος του βόρειου Alfeo στα ανοιχτά της Κατάνια της Σικελίας. Η περιοχή είναι επιρρεπής σε σεισμική δραστηριότητα καθώς βρίσκεται κοντά στο όρος Αίτνα, το μεγαλύτερο και πιο ενεργό ηφαίστειο της Ευρώπης.
Το 1908, ένας σεισμός μεγέθους 7,1 βαθμών έπληξε τα στενά της Μεσσήνης μεταξύ Σικελίας και ηπειρωτικής Ιταλίας, προκαλώντας ένα καταστροφικό τσουνάμι που σκότωσε πάνω από 80.000 ανθρώπους σε μια από τις πιο θανατηφόρες φυσικές καταστροφές της Ευρώπης. Ο στόχος των ερευνητών είναι να αξιολογήσουν καλύτερα τις κινήσεις των ρηγμάτων στον πυθμένα της θάλασσας και να βοηθήσουν στην προετοιμασία των παράκτιων κοινοτήτων πριν εμφανιστούν ξανά παρόμοια γεγονότα στο μέλλον.
Η ομάδα του Gutscher συνεργάστηκε με το Ιταλικό Εθνικό Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής (INFN) που δέχτηκε να συνδέσει το πρωτότυπο καλώδιο FOCUS με το υπάρχον υποβρύχιο καλώδιο τους που λειτουργεί από το παρατηρητήριο του βυθού της θάλασσας στα ανοικτά των ακτών της Κατάνια της Σικελίας.
Το καλώδιο, που σχεδιάστηκε μαζί με την IDIL, μια γαλλική εταιρεία που ειδικεύεται στα συστήματα οπτικών ινών, είναι παρόμοιο με τα κανονικά καλώδια τηλεπικοινωνιών, αλλά περιλαμβάνει ειδικές ίνες αισθητήρα, πιο ευαίσθητες σε μηχανικές διαταραχές στον πυθμένα της θάλασσας.
Με πάχος μόλις 9 χιλιοστών, συνδυάζει δύο τύπους οπτικών ινών: χαλαρές ίνες, παρόμοιες με τα καλώδια τηλεπικοινωνιών, και ίνες με σφιχτή αποθήκευση, πιο ευαίσθητες στην καταπόνηση (μηχανική παραμόρφωση). Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το BOTDR για να μετρήσουν τις ανεπαίσθητες αλλαγές στο μήκος των ινών που αντιστοιχούν στην καταπόνηση στο φλοιό της Γης.
«Ο κύριος στόχος μας ήταν να δούμε τι συμβαίνει πριν από έναν σεισμό, να ανιχνεύσουμε πρώιμη παραμόρφωση πριν από την ξαφνική ρήξη», δήλωσε ο Δρ Τζιοβάνι Μπαρέκα από το Πανεπιστήμιο της Κατάνια.
Προς το παρόν, δεν έχει παρατηρηθεί σημαντική κίνηση, αλλά και αυτό είναι διδακτικό. «Σημαίνει ότι το ρήγμα αυτή τη στιγμή είναι κλειδωμένο και πιθανώς συσσωρεύει τεκτονικό στρες», είπε ο Gutscher. «Όταν εκτονωθεί αυτό το άγχος, θα το παρακολουθούμε».
Το καλώδιο της Σικελίας έχει ήδη αποδείξει την αξία του. Στα τέλη του 2020, εντόπισε ένα τεράστιο υποθαλάσσιο ρεύμα, πιθανόν να προκλήθηκε από μια υποβρύχια κατολίσθηση, ένα είδος «θαλάσσιας χιονοστιβάδας» που μπορεί να ταξιδέψει εκατοντάδες χιλιόμετρα και μερικές φορές να προκαλέσει τσουνάμι.
Τέτοια συμβάντα σπάνια παρατηρούνται, αλλά τα δεδομένα οπτικών ινών κατέγραψαν λεπτομερώς την υπογραφή τους. Αυτό ανοίγει ευκαιρίες για παρακολούθηση και ανίχνευση δευτερευόντων κινδύνων που μπορούν να απειλήσουν τις παράκτιες κοινότητες και τις ζωτικής σημασίας υποδομές του θαλάσσιου πυθμένα.
Εν τω μεταξύ, η ομάδα FOCUS διερεύνησε επίσης τις δυνατότητες του υποβρύχιου καλωδιακού δικτύου τηλεπικοινωνιών για τη βελτίωση της περιβαλλοντικής παρακολούθησης.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τοπικά υποβρύχια καλωδιακά δίκτυα στα ανοιχτά του νησιού της Καραϊβικής Γουαδελούπης για να παρακολουθήσουν τις αλλαγές στη θερμοκρασία του νερού στον πυθμένα της θάλασσας.
Αρχικά, η ομάδα έπρεπε να συλλέγει δεδομένα χειροκίνητα κάθε λίγους μήνες από επίγεια ερμάρια ρελέ οπτικών ινών. Τώρα, χάρη σε μια μόνιμη εγκατάσταση, μπορούν να παρακολουθούν τα καλώδια από απόσταση κάθε τρεις ώρες.
Οι μετρήσεις τους καταγράφουν πώς διαχέεται το φως μέσα στα καλώδια. Όταν το καλώδιο διαταράσσεται, μικροσκοπικά ελαττώματα στην ίνα μετατοπίζονται ελαφρώς, αλλάζοντας το μοτίβο του φωτός. Οι επιστήμονες παρακολουθούν αυτές τις αλλαγές για να καταλάβουν τι συμβαίνει στον πυθμένα της θάλασσας.
«Αν κάτι ενοχλεί το καλώδιο – αν το τραβάει, το μετατοπίζει ή το θερμαίνει ή το ψύχει – μπορούμε να το μετρήσουμε», εξήγησε ο Gutscher.
Κατά την ανάλυση του τρόπου με τον οποίο το φωτεινό σήμα αλλάζει με τη θερμοκρασία, εντόπισαν μια αύξηση περίπου 1,5°C στα ρηχά νερά σε διάστημα δύο ετών - σύμφωνα με τις μετρήσεις της θερμοκρασίας της επιφάνειας της θάλασσας που πραγματοποιήθηκαν από δορυφόρους. Ταυτόχρονα υπήρξε ένα τεράστιο γεγονός λεύκανσης κοραλλιών, με απώλειες κοραλλιογενών υφάλων περίπου 30 τοις εκατό.
Σε βαθύτερα νερά ανοιχτά της Γουαδελούπης, από 300 έως 700 μέτρα, τα καλώδια παρουσιάζουν μικρότερες αυξήσεις θερμοκρασίας περίπου 0,2 έως 1°C.
Αυτά τα ευρήματα μόλις έγιναν δεκτά για δημοσίευση (στο Geophysical Research Letters) και υπονοούν ότι χιλιάδες χιλιόμετρα τηλεπικοινωνιακών καλωδίων θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την παρακολούθηση των μεταβολών της θερμοκρασίας των ωκεανών σε βάθος, προσθέτοντας μια νέα διάσταση στις μετρήσεις του καιρού.
«Ενώ η αρχική μας εστίαση είναι η τεκτονική, αυτές οι μετρήσεις δείχνουν πώς τα ίδια καλώδια μπορούν να παρακολουθούν τις αλλαγές που σχετίζονται με το κλίμα», είπε ο Gutscher. «Οι δυνατότητες για ολοκληρωμένη παρακολούθηση του περιβάλλοντος και των κινδύνων είναι τεράστιες».
Αυτή η τεχνική θα μπορούσε επίσης να επεκταθεί σε άλλες σεισμογενείς περιοχές όπως η Ιαπωνία, η Cascadia (κατά μήκος των ακτών του Ειρηνικού της Αμερικής) και αλλού στη Μεσόγειο.
Τα συστήματα DAS μπορούν να ανιχνεύσουν τα αρχικά σεισμικά κύματα ενός σεισμού μέσα σε δευτερόλεπτα, ενώ το BOTDR μπορεί να παρακολουθεί τη μακροπρόθεσμη τάση που δημιουργείται με την πάροδο του χρόνου. Το DAS προσφέρει τη δυνατότητα για άμεσες προειδοποιήσεις για σεισμούς και τσουνάμι, ενώ το BOTDR μπορεί να παρέχει μακροπρόθεσμη παρακολούθηση της παραμόρφωσης του ρήγματος, με πιθανή εφαρμογή στην πρόβλεψη σεισμών.
"Η νέα δευτερεύουσα χρήση καλωδίων οπτικών ινών θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει μια τεράστια ανακάλυψη στη σεισμολογία και την προειδοποίηση κινδύνου", δήλωσε ο Gutscher. «Μετατρέπουμε ουσιαστικά το ψηφιακό νευρικό σύστημα του κόσμου σε περιβαλλοντικό».
Με περαιτέρω συνεργασία και επένδυση, ο πυθμένας του ωκεανού – κάποτε σχεδόν αόρατος – θα μπορούσε να γίνει ένα από τα πιο ισχυρά εργαλεία της επιστήμης για την προστασία των ζωών και την κατανόηση του μεταβαλλόμενου πλανήτη μας. Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στο Horizon, το περιοδικό Έρευνας και Καινοτομίας της ΕΕ.
