Ученые нашли способ превратить подводные оптоволоконные линии, по которым идет мировой трафик, в гигантскую сеть сейсмологических датчиков. Если технология докажет свою надежность, человечество получит шанс заранее узнавать о подземных толчках и разрушительных волнах там, где это всегда было сложнее всего, — в Мировом океане.

Океаны покрывают почти 70% поверхности планеты. Но следить за тектоническими процессами на их дне ученые практически не могут. Сейсмометров на суше много, а под водой их единицы. Теперь ситуация может измениться благодаря проекту FOCUS (Использование оптоволоконного кабеля для исследования морского дна). Международная группа исследователей доказала: обычные подводные кабели способны чувствовать малейшие движения грунта, вызванные разломами. А значит, они могут подсказать, где и когда ждать беды. Ранее ученые не заметили 86 000 скрытых землетрясений под Йеллоустонским вулканом за 15 лет

Разлом у подножия вулкана

Главным полигоном для экспериментов выбрали Средиземное море. В 30 километрах от итальянского города Катания, у подножия вулкана Этна, геологи нанесли на карту тектонический разлом. Это вертикальное смещение пород, которое чаще всего и становится причиной разрушительных землетрясений.

Место выбрали не случайно. Восточная Сицилия — зона высокого риска. Катания с пригородами, где живет около миллиона человек, не раз переживала удары стихии. Самое страшное случилось в 1693 году. Землетрясение магнитудой около 7,5 стерло с лица земли десятки городов и унесло жизни 60 000 человек. А в 1908 году Мессинское землетрясение магнитудой 7,2 и вызванное им цунами убили уже 72 000 человек. Это была одна из самых смертоносных катастроф в европейской истории.

Как раз в Катании расположен филиал Национального института ядерной физики. У института есть своя подводная обсерватория — электрооптический кабель длиной 29 километров. Изначально его проложили для испытаний нейтринного телескопа. Но южный отрезок кабеля оказался всего в 2,5 километра от того самого новообнаруженного разлома. Лучшего места для эксперимента было не найти.

Как ловят движения пород

Ученые протянули через разлом специальный натяжной трос. Это не простой кабель: внутри него спрятаны чувствительные оптические волокна. Если разлом начнет двигаться, даже на миллиметры, трос натянется, волокна чуть удлинятся. Этот сигнал можно поймать с помощью лазера.

Сначала к существующей подводной станции подключили новый шестикилометровый трос. Специальный подводный плуг зарыл его на 20 сантиметров в дно, проложив так, чтобы он четыре раза пересек линию разлома. Расстояние между пересечениями — около километра.

Чтобы проверять данные, по обе стороны разлома установили восемь акустических маяков. Если расстояние между ними изменится, значит, грунт точно сдвинулся. Каждые два часа лазер посылал сигнал по 29-километровому кабелю обсерватории в новый трос, который благодаря хитрой системе петель создавал оптический путь почти в 47 километров.

Ученые использовали метод, который называется оптической рефлектометрией во временной области с использованием эффекта Бриллюэна. Технология не нова. Десятилетиями так проверяли напряжение мостов, плотин и трубопроводов. Но под водой ее применили впервые.

Чувствительность системы

Система сработала раньше, чем ожидалось. Всего через месяц после прокладки, кабель повредился. Он удлинился примерно на полтора сантиметра прямо в зоне разлома. Команда уже подумала, что зафиксировала тектоническое движение. Но акустические маяки стояли на месте. Никакого смещения не было. Причиной стал подводный оползень. Грунт сполз по склону, словно лавина, и потянул кабель. Это не было землетрясением, но доказало главное: система чувствует малейшие подвижки дна.

Чуть позднее произошло второе повреждение. И здесь ученые сами были виноваты. Беспилотная подводная лодка укладывала на кабель бетонные утяжелители — почти сотню грузов по 25 килограммов каждый. Их клали на тех участках, где трос был недостаточно заглублен. Грузы вдавили кабель в мягкий ил, волокна растянулись и передали мощный сигнал. Чувствительность системы оказалась даже выше, чем предполагали.

Ни одно из этих событий не было тектоническим. Но оба показали: подводные кабели способны вести постоянный мониторинг дна. И если они замечают оползни и собственные поломки, то заметят и движение разлома.

Карибский эксперимент

Второй частью проекта FOCUS стали коммерческие кабели на Гваделупе. Это архипелаг в Карибском море, где острова связаны подводными линиями связи. Ученые регулярно приезжали к распределительным коробкам на берегу и проводили замеры. Они заметили, что сигнал на мелководье меняется по сезонам. Оказалось, дело в температуре воды. Сравнив свои данные со спутниковыми, исследователи убедились: точность измерений достигает одной десятой градуса Цельсия. Кабели отлично чувствуют тепло. Еще ученые зафиксировали сильное механическое напряжение на отдельных участках — там, где кабели пересекают подводные каньоны или узкие проливы. Течения и штормы буквально тянут линии, и волокна это видят.

Эксперимент подтвердил: даже обычные коммерческие кабели, не такие чувствительные, как специальные, пригодны для мониторинга. Они могут следить за состоянием дна, замечать оползни, фиксировать температурные аномалии и, возможно, однажды предупредят о приближении цунами.

Подводные кабели, опутывающие весь земной шар, могут стать огромной сетью сейсмологических станций. Достаточно добавить лазеры и анализаторы на уже существующие линии. Если технологию внедрят, человечество получит шанс лучше понимать, что происходит под водой. Это поможет заранее узнавать о подводных землетрясениях, вовремя объявлять тревогу цунами и даже следить за изменениями климата через температуру воды.