Лазеры для сейсмического мониторинга могут стать будущим для защиты глобальных коммуникационных кабелей

Глубины океанов — это не только сложная экосистема морских организмов, но и обширная глобальная сеть коммуникационных кабелей. Землетрясения и цунами могут повредить эти важные объекты. Более 70% поверхности Земли покрыто водой, что создает сложности для мониторинга сейсмической активности.

Однако сами кабели предлагают новый потенциальный метод мониторинга с использованием лазерного света. Исследователи из Geo-Ocean и их коллеги в работе, опубликованной в Earth and Planetary Science Letters, применили технологию Brillouin optical time domain reflectometry (BOTDR) для мониторинга состояния таких кабелей в режиме, близком к реальному времени. Обычно эту технологию используют для контроля крупных инженерных объектов, например, плотин и мостов. Её применение в подводных условиях означает, что кабели, подверженные повреждениям, можно оперативно выявлять для ремонта.

Ученые с помощью дистанционно управляемого аппарата развернули 6-километровый кабель для измерения деформации на глубине 2100 метров. Он был подключен к 29-километровому оптоволоконному кабелю для мониторинга сейсмической активности у побережья Катании (Сицилия). Метод заключался в пропускании лазерного импульса (сотни тысяч импульсов за два часа) через один конец волокна и детектировании точек, где свет рассеивался на неоднородностях, что указывало на области деформации кабеля.

За 21 месяц наблюдений, начиная с октября 2020 года, было установлено, что длина кабеля в среднем увеличилась на 2,5 см из-за деформации в зоне натяжения, где кабель пересекает разлом North Alfeo на морском дне. Этот район подвержен сдвиговым разломам, хотя в исследуемом сегменте происходила субдукция узкой плиты под Ионическим морем под северо-восточную Сицилию, что привело к деформации, распространившейся на 500 м в обоих направлениях от точки пересечения разлома.

Дополнительные тесты с размещением 79 мешков с песком (по 25 кг каждый) с интервалом 120 метров вдоль кабеля привели к его удлинению до 4 см, так как кабель погружался в мягкие осадки. Важно, что растяжение происходило не только в местах нагрузки, а на расстоянии, вдвое превышающем интервалы между грузами. Это ключевой вывод, поскольку захоронение кабелей под тяжелой нагрузкой (например, из-за оползней, движения осадков по разломам, сильных придонных течений или турбидитных потоков со скоростью до 20 м/с) может серьезно повлиять на способность кабелей выдерживать натяжение и сохранять целостность.

Есть и положительный момент: упругие свойства кабеля позволяют частично рассеивать деформацию со временем, поэтому кабель обладает некоторой способностью «исправлять» повреждения и менее вероятен его полный разрыв.

Исследуемый район Италии в прошлом переживал разрушительные землетрясения, например, в 1693 году (12 000 погибших в одной Катании) или в 1908 году (до 82 000 жертв в Калабрийской дуге). Новое применение лазерной технологии может означать, что сейсмическую активность можно будет выявлять заранее, что даст время на планирование мер по снижению ущерба для жизни, инфраструктуры и систем связи.