I cavi per telecomunicazioni sottomarini costituiscono un'eccellente rete sismica

Sep 30, 2023

Gli oceani sono attraversati da cavi di telecomunicazione, come illustrato da questo grafico che prevede i cavi in ​​fibra ottica che saranno operativi entro il 2021, molti dei quali (in giallo) di proprietà di società private come Google e Microsoft. Questi cavi potrebbero avere un duplice scopo come stazioni sismiche per monitorare terremoti e sistemi di faglia su oltre il 70% della Terra coperta da acqua. (Grafica per gentile concessione del New York Times)

I cavi in ​​fibra ottica che costituiscono una rete globale di telecomunicazioni sottomarine potrebbero un giorno aiutare gli scienziati a studiare i terremoti offshore e le strutture geologiche nascoste in profondità sotto la superficie dell’oceano.

In un articolo apparso questa settimana sulla rivista Science, i ricercatori dell’Università della California, Berkeley, del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), del Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) e della Rice University descrivono un esperimento che ha trasformato 20 chilometri di fibra sottomarina -cavo ottico nell'equivalente di 10.000 stazioni sismiche lungo il fondo dell'oceano. Durante il loro esperimento di quattro giorni nella baia di Monterey, hanno registrato un terremoto di magnitudo 3,5 e una diffusione sismica dalle zone di faglia sottomarina.

La loro tecnica, che avevano precedentemente testato con cavi in ​​fibra ottica sulla terra, potrebbe fornire dati tanto necessari sui terremoti che si verificano sotto il mare, dove esistono poche stazioni sismiche, lasciando il 70% della superficie terrestre senza rilevatori di terremoti.

"C'è un enorme bisogno di sismologia dei fondali marini. Qualsiasi strumentazione portata nell'oceano, anche se solo per i primi 50 chilometri dalla costa, sarà molto utile", ha affermato Nate Lindsey, uno studente laureato dell'UC Berkeley e autore principale della carta.

Lindsey e Jonathan Ajo-Franklin, professore di geofisica alla Rice University di Houston e scienziato della facoltà al Berkeley Lab, hanno condotto l'esperimento con l'assistenza di Craig Dawe del MBARI, proprietario del cavo in fibra ottica. Il cavo si estende per 52 chilometri al largo fino alla prima stazione sismica mai posizionata sul fondo dell'Oceano Pacifico, collocata lì 17 anni fa da MBARI e Barbara Romanowicz, professoressa della Graduate School del Dipartimento di Scienze della Terra e Planetarie dell'UC Berkeley. Nel 2009 è stato posato un cavo permanente per il nodo MARS (Monterey Accelerated Research System), 20 chilometri dei quali sono stati utilizzati in questo test mentre erano offline per la manutenzione annuale nel marzo 2018.

I ricercatori hanno utilizzato 20 chilometri (rosa) di un cavo in fibra ottica sottomarino lungo 51 chilometri, normalmente utilizzato per comunicare con un nodo scientifico offshore (MARS, Monterey Accelerated Research System), come schieramento sismico per studiare le zone di faglia sotto la baia di Monterey . Durante i quattro giorni di test, gli scienziati hanno rilevato un terremoto di magnitudo 3,5 a 45 chilometri di distanza a Gilroy e hanno mappato zone di faglia precedentemente inesplorate (cerchio giallo). (Immagine di Nate Lindsey)

"Si tratta davvero di uno studio alla frontiera della sismologia, è la prima volta che qualcuno utilizza cavi in ​​fibra ottica offshore per osservare questo tipo di segnali oceanografici o per acquisire immagini di strutture di faglia", ha affermato Ajo-Franklin. "Uno dei punti vuoti nella rete sismografica mondiale è negli oceani."

L’obiettivo finale degli sforzi dei ricercatori, ha detto, è quello di utilizzare le fitte reti di fibra ottica in tutto il mondo – probabilmente più di 10 milioni di chilometri in tutto, sia sulla terra che sotto il mare – come misure sensibili del movimento della Terra, consentendo monitoraggio dei terremoti in regioni che non dispongono di costose stazioni di terra come quelle che punteggiano gran parte della California e della costa del Pacifico, soggette a terremoti.

"La rete sismica esistente tende ad avere strumenti ad alta precisione, ma è relativamente scarsa, mentre questo dà accesso a una rete molto più densa", ha affermato Ajo-Franklin.

La tecnica utilizzata dai ricercatori è il rilevamento acustico distribuito, che impiega un dispositivo fotonico che invia brevi impulsi di luce laser lungo il cavo e rileva la retrodiffusione creata dalla tensione nel cavo causata dallo stiramento. Con l’interferometria, possono misurare la retrodiffusione ogni 2 metri (6 piedi), trasformando efficacemente un cavo di 20 chilometri in 10.000 sensori di movimento individuali.