Подводные кабели: миллиарды потенциальных сейсмических датчиков

Ученые впервые продемонстрировали возможность обнаружения распространения сейсмических волн на морском дне с помощью подводных телекоммуникационных кабелей. Согласно их наблюдениям, эта существующая инфраструктура может использоваться для обнаружения землетрясений, а также волнения моря и подводного шума. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications 18 декабря 2019 года исследователями из CNRS, OCA, IRD и Университета Кот-д'Азур, работающими в лаборатории Géoazur, в сотрудничестве с компанией Fébus Optics и Центром физики частиц в Марселе (CNRS/Университет Экс-Марсель).

Дно океана пересекают 1,2 миллиона километров телекоммуникационных кабелей. Состоящие из оптических волокон, они могут вскоре взять на себя новую роль — детектирование акустических и сейсмических волн.

Ученые использовали 41-километровый кабель, проложенный у побережья Тулона на юге Франции, для получения данных с датчиков подводной обсерватории MEUST-NUMerEnv на глубине 2500 м. Их метод использует небольшие примеси в оптических волокнах, которые возвращают часть передаваемого света обратно к источнику. Прохождение сейсмической или акустической волны, растягивая или сжимая волокно, изменяет расстояние между этими примесями и, следовательно, рассеянный сигнал. Необходимо было доказать, что эти различия обнаружимы, несмотря на изолирующие слои кабеля.

Вводя световые импульсы в оптическое волокно и анализируя обратно рассеянный сигнал, команда преобразовала 41 км волокна в более чем 6000 сейсмических датчиков. Землетрясение магнитудой 1,9, произошедшее во время испытаний, было зафиксировано в каждой точке измерений с чувствительностью, близкой к прибрежной сейсмической станции, хотя эпицентр находился более чем в 100 км от кабеля.

Точки измерений также чувствительны к волнам, распространяющимся в океане, например, от волнения. Авторы зафиксировали воздействие волн на морское дно у побережья и их эффект на абиссальной равнине, где они генерируют «сейсмический шум». Это впервые позволило наблюдать, как производятся эти микровибрации, постоянно взаимодействующие с недрами Земли, что помогает геофизикам изучать ее структуру. Исследователи полагают, что телеком-кабель, подобно цепочке микрофонов, может аналогичным образом обнаруживать подводный шум от судов и китообразных.

Перед логистическими и финансовыми сложностями развертывания приборов на морском дне телекоммуникационные кабели могут стать способом улучшить понимание этой terra incognita, покрывающей две трети поверхности Земли, и решить широкий круг научных и социальных проблем, таких как землетрясения, береговая эрозия, взаимодействие жизни, океанов и твердой Земли. Часть действующих кабелей будет выведена из эксплуатации операторами связи в ближайшие годы. Благодаря этому исследованию они могут обрести вторую жизнь.