U dubinama svjetskih oceana odvija se tiha revolucija. Više od 1,48 milijuna kilometara podmorskih kabela od optičkih vlakana prenosi gotovo sav internetski i telefonski promet širom svijeta. Sada istraživači pokazuju da ti kabeli mogu poslužiti za više od prijenosa podataka: mogu osluškivati planet.
POGLEDAJTE VIDEO: Kablovi za internet u podmorju ovaj bi razorni potres mogli prepoznati na vrijeme da se spriječe žrtve?
Bilježeći sitne promjene u načinu na koji svjetlost putuje kroz njih, ti kabeli mogu otkriti promjene u pomacima, vibracijama i temperaturi morskog dna i mora.
Istraživačka inicijativa koju financira EU u novom području podmorskog praćenja pomoću optičkih vlakana razvija tehnologiju kojom bi se dno oceana pretvorilo u golem opservatorij za praćenje u stvarnom vremenu. Otkrića bi mogla znanstvenicima omogućiti da bolje nadziru klimatske promjene, prate tektonske aktivnosti te poboljšaju upozorenja za tsunamije i potrese.
Podvodna mreža za praćenje procesa u Zemlji
Oko 70 % Zemljine površine prekriveno je vodom, no većina tog područja nedostupna je standardnim seizmološkim instrumentima.
„Imamo sjajnu satelitsku pokrivenost morske površine”, izjavio je Marc-André Gutscher, geoznanstvenik koji se bavi istraživanjem mora pri istraživačkom centru Geo-Ocean u Brestu u Francuskoj. „Ali duboko ispod površine, gdje nastaje većina potresa i tsunamija, imamo vrlo malo izravnih opažanja.”
To se počinje mijenjati zahvaljujući istraživanjima načina prenamjene podmorskih kabela u globalnu senzorsku mrežu.
U tom području prevladavaju dvije komplementarne tehnike: distribuirano akustično opažanje (engl. Distributed Acoustic Sensing, DAS) i optička reflektometrija u vremenskoj domeni pomoću Brillouinova raspršenja (engl. Brillouin Optical Time Domain Reflectometry, BOTDR).
Gutscher je vodio sedmogodišnju istraživačku inicijativu naziva FOCUS, koju je financirao EU, a koja je završila u rujnu 2025. godine.
Istraživanje je ispitivalo kako te dvije tehnike mogu otkriti sitne deformacije, od tek jednog ili dva centimetra, duž aktivnih rasjednih linija na velikim morskim dubinama.
Radi testiranja koncepta tim je postavio prototipni kabel duljine šest kilometara na morskom dnu duž rasjeda North Alfeo Fault u blizini Catanije na Siciliji. To područje sklono je seizmičkoj aktivnosti jer se nalazi u blizini Etne, najvećeg i najaktivnijeg vulkana u Europi.
Osluškivanje morskog dna
Godine 1908. potres magnitude 7,1 pogodio je Mesinski tjesnac između Sicilije i talijanskog kopna te izazvao razorni tsunami u kojem je poginulo više od 80 000 ljudi u jednoj od najsmrtonosnijih prirodnih katastrofa u Europi. Cilj istraživača jest bolje procijeniti pomicanje rasjeda na morskom dnu te doprinijeti pripremi obalnih zajednica prije nego što se slični događaji ponove u budućnosti.
Gutscherov tim surađivao je s talijanskim Nacionalnim institutom za nuklearnu fiziku (INFN), koji je pristao spojiti prototipni kabel projekta FOCUS na svoj postojeći podmorski kabel kojim upravlja njihov opservatorij na morskom dnu uz obalu Catanije na Siciliji.
Kabel, koji je razvijen u suradnji s francuskom tvrtkom IDIL, specijaliziranom za sustave optičkih vlakana, sličan je uobičajenim telekomunikacijskim kabelima, ali sadrži posebna senzorska vlakna, koja su osjetljivija na mehaničke poremećaje na morskom dnu.
Debeo je svega devet milimetara i kombinira dvije vrste optičkih vlakana: vlakna s labavim zaštitnim omotačem, slična telekomunikacijskim kabelima, te vlakna s čvrstim zaštitnim omotačem, koja su osjetljivija na napinjanje (mehaničke deformacije). Istraživači su upotrijebili tehnologiju BOTDR da bi izmjerili suptilne promjene u duljini vlakana, koje odgovaraju napinjanju u Zemljinoj kori.
„Glavni nam je cilj bio vidjeti što se događa uoči potresa, zabilježiti rane deformacije prije nego što dođe do iznenadnog pucanja”, rekao je dr. Giovanni Barreca sa Sveučilišta u Cataniji.
Zasad nismo uočili značajne pomake, no i to nam mnogo govori. „To znači da je rasjed trenutačno blokiran i u njemu se vjerojatno nakuplja tektonsko naprezanje”, rekao je Gutscher. „Kad se to naprezanje oslobodi, mi ćemo to pratiti.”
Sicilijanski kabel već je dokazao svoju vrijednost. Krajem 2020. otkrio je snažnu podmorsku struju, koju je vjerojatno pokrenulo podmorsko klizište, svojevrsna „morska lavina” koja može putovati stotinama kilometara i katkad izazvati tsunamije.
Takvi se događaji rijetko opažaju, ali podaci prikupljeni optičkim vlaknima detaljno su zabilježili njezin trag. Time se otvaraju mogućnosti za praćenje i otkrivanje sekundarnih opasnosti koje mogu ugroziti obalne zajednice i ključnu infrastrukturu na morskom dnu.
Od Sicilije do Kariba
U međuvremenu, tim inicijative FOCUS također je istraživao mogućnosti podmorske telekomunikacijske kabelske mreže u svrhu unaprjeđenja praćenja okolišnih promjena.
Istraživači su se koristili lokalnim podmorskim kabelskim mrežama u blizini karipskog otoka Guadeloupea da bi pratili promjene temperature vode na morskom dnu.
U početku je tim svakih nekoliko mjeseci morao ručno prikupljati podatke iz kopnenih razvodnih ormara s optičkim vlaknima. Zahvaljujući trajnoj postavi, sada mogu daljinski nadzirati kabele svaka tri sata.
Njihova mjerenja bilježe kako se svjetlost raspršuje u kabelima. Kada dođe do poremećaja kabela, sitne nepravilnosti u vlaknima blago se pomiču te mijenjaju uzorak svjetlosti. Znanstvenici prate te promjene da bi razumjeli što se događa na morskom dnu.
„Ako nešto poremeti kabel, primjerice vuče ga, pomiče, zagrijava ili hladi, možemo to izmjeriti”, objasnio je Gutscher.
Tijekom analize promjena svjetlosnog signala povezanih s temperaturom, otkrili su porast od približno 1,5 °C u plitkim vodama u razdoblju od dvije godine, što je u skladu sa satelitskim mjerenjima temperature morske površine. U isto vrijeme došlo je do značajnog izbjeljivanja koralja, pri čemu je izgubljeno oko 30 % koraljnih grebena.
U dubljim vodama uz Guadeloupe, na dubini od 300 do 700 metara, kabeli pokazuju manji porast temperature, između 0,2 i 1 °C.
Ta su otkrića upravo prihvaćena za objavljivanje (u znanstvenom časopisu Geophysical Research Letters) i upućuju na to da bi tisuće kilometara telekomunikacijskih kabela mogle poslužiti za praćenje promjena temperature na velikim dubinama oceana, čime bi klimatološka mjerenja dobila novu dimenziju.
„Iako smo u početku bili usmjereni na tektoniku, ova mjerenja pokazuju da ti isti kabeli mogu pratiti klimatske promjene”, rekao je Gutscher. „Potencijal za integrirano praćenje okoliša i prirodnih opasnosti golem je.”
Ova bi se tehnika mogla proširiti i na druga područja sklona potresima, poput Japana, Cascadije (duž pacifičke obale Amerike) te u drugim dijelovima Sredozemlja.
Sustavi DAS mogu u nekoliko sekundi otkriti početne seizmičke valove potresa, dok BOTDR može pratiti dugoročna naprezanja koja se nakupljaju s vremenom. Tehnologija DAS može omogućiti neposredna upozorenja za potrese i tsunamije, dok BOTDR može omogućiti dugoročno praćenje deformacija rasjeda, s mogućom primjenom u predviđanju potresa.
Daljnjom suradnjom i ulaganjem, nekoć gotovo nevidljivo dno oceana moglo bi postati jedan od najmoćnijih znanstvenih alata za zaštitu života i razumijevanje našeg planeta koji se mijenja.
Autor: Michael Allen
Istraživanja u ovom članku financira Europsko istraživačko vijeće (ERC). Stavovi sugovornika ne odražavaju nužno stavove Europske komisije. Ovaj je članak izvorno objavljen u časopisu Horizon, časopisu za istraživanje i inovacije EU-a.
Više informacija
• FOCUS (CORDIS)
• Internetska stranica projekta FOCUS
• Istraživanja EU-a o oceanima i morima
• EMSO-ERIC
• Pojašnjenje Zajedničkog istraživačkog centra o podmorskim kabelima