Prawie cały globalny ruch internetowy i telefoniczny odbywa się za pośrednictwem blisko 1,5 miliona kilometrów podwodnych światłowodów. Ta cicha rewolucja trwa od dekad, bez większego zainteresowania opinii publicznej, ale to może się zmienić. Naukowcy dowodzą, że biegnące po dnie mórz i oceanów kable potrafią nie tylko przesyłać dane, ale również rejestrować zmiany ruchu, wibracji i temperatury. Nowo opracowane technologie mają przekształcić dno oceanu w ogromne obserwatorium w czasie rzeczywistym. Dokonane odkrycia powinny umożliwić naukowcom lepsze monitorowanie zmiany klimatu, śledzenie aktywności tektonicznej oraz udoskonalenie ostrzeżeń przed tsunami i trzęsieniami ziemi.
Oprac. Redakcja. Artykuł pierwotnie opublikowany w Horizon, czasopiśmie UE poświęconym badaniom i innowacjom: https://projects.research-and-innovation.ec.europa.eu/en/horizon-magazine/turning-undersea-cables-global-natural-hazard-and-environmental-monitoring-system
Około 70 proc. powierzchni Ziemi pokrywa woda. Większość tego obszaru jest niedostępna dla konwencjonalnych instrumentów sejsmologicznych. „Podczas gdy satelity śledzą już niemal każdy zakątek naszej planety, to głęboko pod powierzchnią mórz i oceanów powstają trzęsienia ziemi i tsunami, których nie da się zmierzyć z kosmosu”. – zauważa prof. Marc-André Gutscher, geolog morski z ośrodka badawczego Geo-Ocean w Breście we Francji.
Sytuacja ta może się jednak niebawem zmienić. We wrześniu 2025 roku zakończył się siedmioletni projekt badawczy FOCUS, w ramach którego Gutscher i jego zespół analizował możliwość wykorzystania do pomiarów podmorskich rozproszonych czujników akustycznych (DAS) i reflektometrii optycznej bazującej na zjawisku rozpraszania Brillouina (BOTDR). Aby przetestować te rozwiązania, na dnie morskim u wybrzeży Katanii (Sycylia) zainstalowano 6-kilometrowy prototyp kabla z czujnikami do pomiaru drobnych, jedno-, dwucentymetrowych deformacji wzdłuż aktywnych linii uskoków głębinowych. W projekcie czynny udział wzięło Europejskie Multidyscyplinarne Obserwatorium Dna Morskiego i Słupa Wody (EMSO), zajmujące się monitorowaniem oceanu i dna morskiego w czasie rzeczywistym.
Wsłuchiwanie się w dno morskie
W 1908 roku Cieśninę Mesyńską (między Sycylią a kontynentalną częścią Włoch) nawiedziło trzęsienie ziemi, które wywołało niszczycielskie tsunami i zabiło ponad 80 tys. osób – było to jedna z najtragiczniejszych klęsk żywiołowych w Europie. Naukowcy chcą lepiej przygotować się na powtórkę podobnych zjawisk i stworzyć system pozwalający ostrzegać przed tymi niezwykle groźnymi katastrofami. Jego rdzeniem ma być podwodny kabel zaprojektowany we współpracy z IDIL, francuską firmą specjalizującą się w systemach światłowodowych. Zaledwie 9-milimetrowej grubości przewód łączy dwa rodzaje światłowodów: włókna luźno buforowane, podobne do tych stosowanych w telekomunikacji, oraz włókna ściśle buforowane, bardziej wrażliwe na odkształcenia (odkształcenia mechaniczne). Naukowcy wykorzystali BOTDR do pomiaru subtelnych zmian długości włókien odpowiadających odkształceniom w skorupie ziemskiej.
„Naszym głównym celem było sprawdzenie, co dzieje się przed trzęsieniem ziemi, wykrycie wczesnych odkształceń przed nagłym pęknięciem”. – wyjaśnia dr Giovanni Barreca z Uniwersytetu w Katanii. – „Na razie nie zaobserwowaliśmy żadnych znaczących ruchów, co oznacza, że uskok jest obecnie zablokowany i prawdopodobnie kumuluje naprężenia tektoniczne”.
Pierwsze istotne dane z projektu spłynęły pod koniec 2020 roku, gdy czujniki wykryły potężny prąd podmorski, prawdopodobnie wywołany przez podwodne osuwisko, rodzaj „lawiny morskiej”, która może przemieszczać się na setki kilometrów i czasami wywoływać tsunami. Takie zdarzenia obserwuje się rzadko, ale włókna światłowodowe szczegółowo uchwyciły ich charakter. Otwiera to możliwości monitorowania i wykrywania zagrożeń wtórnych, które mogą być niebezpieczne dla mieszkańców wybrzeży oraz infrastruktury biegnącej dnem morskim.
Z Sycylii na Karaiby
W międzyczasie zespół projektu FOCUS badał również potencjał podwodnej sieci kabli telekomunikacyjnych u wybrzeży karaibskiej wyspy Gwadelupa do monitorowania zmian temperatury wody na dnie morskim. Początkowo naukowcy musieli ręcznie zbierać dane co kilka miesięcy z naziemnych szaf przekaźnikowych. Obecnie, dzięki stałemu systemowi, mogą zdalnie monitorować kable co trzy godziny. Gdy zostają one naruszone, drobne wady we włóknie nieznacznie się przesuwają, zmieniając rozkład światła. Naukowcy śledzą te zmiany, aby zrozumieć, co dzieje się na dnie morskim. Analizy danych wskazały na wzrost temperatury w płytkich wodach tego regionu o około 1,5 st. Celsjusza w ciągu dwóch lat, co jest zgodne z pomiarami temperatury powierzchni morza wykonanymi przez satelity. Potwierdza to również masowe bielenie koralowców, w wyniku którego rafy koralowe straciły około 30 proc. swojej powierzchni. W głębszych wodach u wybrzeży Gwadelupy, od 300 do 700 metrów, czujniki wykazały mniejszy wzrost temperatury, wynoszący od około 0,2 do 1 stopnia.
Powyższe wyniki sugerują, że tysiące kilometrów kabli telekomunikacyjnych może być skutecznie wykorzystanie do monitorowania zmian temperatury głębin oceanów, a zebrane dane istotnie poprawić jakość prognoz. „Mimo że początkowo koncentrowaliśmy się głównie za zagadnieniach związanych z tektoniką, to nasze pomiary pokazują, że podmorskie systemy światłowodowe mają ogromny potencjał w zakresie zintegrowanego monitorowania środowiska”. – zaznacza prof. Gutscher.
Systemy DAS potrafią wykryć wstępne fale sejsmiczne trzęsienia ziemi w ciągu kilku sekund, podczas gdy BOTDR śledzi długotrwałe naprężenia narastające z czasem. DAS oferuje zatem możliwość natychmiastowego ostrzegania o trzęsieniach ziemi i tsunami, a BOTDR może zapewnić długoterminowe monitorowanie deformacji uskoków.
Zastosowanie tej technologii to ogromny przełom w sejsmologii i ostrzeganiu przed zagrożeniami naturalnymi. Dzięki dalszej współpracy i inwestycjom dno oceanu – niegdyś prawie niewidoczne – może stać się jednym z najpotężniejszych narzędzi nauki do ochrony życia i zrozumienia zmieniającej się planety.
