Стотици хиляди мили оптични влакна пресичат световните океани, изпращат имейли, предавания на Netflix и новинарски материали под формата на пакети светлина. И тази светлина може да разкаже история – не толкова за това, което се случва на сушата, а какво се случва в дълбините.
В списание Science изследователи описват как са използвали кабел от 3600 мили, простиращ се между Халифакс, Канада и Саутпорт, в Обединеното кралство, за да открият бури, приливи и земетресения. Тъй като кабелът лежи на морското дъно, такива природни явления създават малки, но измерими смущения в оптичните влакна, променяйки скоростта на светлината през Атлантическия океан. Тези промени могат да отчитат местоположението на земетресение или друго смущение.
Техниката е подобна на друга все по-популярна система сред изследователите: разпределено акустично наблюдение или DAS. Тук учените изстрелват лазер през подземни (но неизползвани) телекомуникационни оптични кабели и анализират сигнала, който се връща. Ако автомобил или човек премине отгоре и смути кабела, тази вибрация връща малко светлина обратно към източника. Измерването на това колко време е необходимо на разсеяната светлина да пътува, дава представа за размера на преминаващия обект. Изследователите са положили кабел около връх Етна, в Италия, и са използвали DAS, за да наблюдават активността му.
Тази нова техника използва усилватели в подводните кабели. „На всеки 60 до 80 километра се нуждаем от оптичен усилвател, който приема входящата светлина и я усилва“, казва Джузепе Мара, метролог в Националната физическа лаборатория на Обединеното кралство. Всеки ретранслатор усилва сигнала, за достига местоназначението си, без да се влошава. Така Мара и колегите му можаха да изпратят собствен сигнал през кабела и да анализират как изглежда, когато достига до всеки ретранслатор.
За разлика от DAS, те не се опитват да анализират смущение, което връща малко количество светлина обратно към източника си, а честотата на светлината, която достига до ретранслаторите. „В случай на липса на смущения, получаваме стабилни сигнали: честотата, която получаваме, е същата, която сме изпратили“, обяснява Мара. Но ако е имало смущение, тази честота се променя.
Тъй като има толкова много ретранслатори по този трансатлантически кабел — и всеки друг подводен кабел — те биха могли да го разделят на секции и да следят за смущения във всяка от тях. „По време на приливи, получавате течение в една посока“, казва Мара. „Кабелът ги прихваща и произвежда сигнал.“
По подобен начин екипът засече нискочестотни сигнали по кабела, когато ураганът Лари нахлу през Атлантическия океан през лятото на 2021 г.
Учените са наблюдавали и земетресение в Атлантическия океан, както и земетресение в Перу – потвърдено със сеизмични данни, събрани от други учени.
Този вид изследвания не изискват никаква модификация на подводните кабели, което означава, че изследователите имат достъп до огромна мрежа от готови за работа сензори по целия свят, обхващащи морета и минаващи по крайбрежието. Където има кабел, има потенциални данни. „Това е наистина интересно, защото тогава можете да разучавате всяко влакно под морето, покриващо цялата Земя“, казва геологът Филип Жусет от Германския изследователски център за геонауки, направил проучването на DAS на връх Етна.
„За глобалната сеизмология и разбирането на структурата на Земята и наблюдението на големи земетресения тази техника е страхотна.“
Мара смята, че технологията може да бъде разширена още повече. „Целият смисъл на това е трансформирането на подводната инфраструктура в гигантски детектор за земетресения и други“, казва Мара. „Това се превръща в невероятно мощен инструмент.„
Ако бъдещите геофизици могат да използват подводни кабели за откриване на земетресения в реално време, те може също да са в състояние да наблюдават как налягането при цунами се движи по оптичните влакна на морското дъно и създава смущения в данните. Честотата на този сигнал би била различна от тази на земетресенията или приливите.
Този метод може да работи съвместно с DAS, но няма да го замести, добавя Жусе. DAS е изключително чувствителен. Той има много добра разделителна способност на по-къси разстояния – не повече от 60 мили, като в края сигналът става твърде слаб. Новата техника, използваща подводните кабели, покрива много по-големи разстояния.
Но и двата метода биха могли да бъдат полезни като инструменти за ранно предупреждение: за наблюдение на вулкани като Етна за ранни признаци на изригвания и за ускоряване на сигналите за евакуация, и наблюдение на дълги разстояния за откриване на цунамита и земетресенията, които ги пораждат. Ако техниката е достатъчно чувствителна, за да наблюдава океанските течения, изтъква Мара, това може да помогне на климатолозите да проучат как теченията се променят, когато планетата се затопля: „Учените говорят за забавяне на Гълфстрийм. И ако това е така, можете да си представите драматичното въздействие върху световния климат.“
