Transformarea cablurilor submarine într-un sistem global de monitorizare a pericolelor naturale și a mediului14 min read

Cercetătorii finanțați de UE explorează modul în care cablurile de comunicații submarine pot fi utilizate și ca senzori de mediu și seismici, o potențială soluție revoluționară pentru sistemele de avertizare timpurie.

În adâncul oceanelor lumii o revoluție tăcută este în plină desfășurare. Peste 1,48 milioane de kilometri de cabluri subacvatice cu fibră optică transportă aproape tot traficul global de internet și telefonie. Acum, cercetătorii arată că aceste cabluri pot face mai mult decât să transmită date: pot asculta planeta.

Înregistrând micile schimbări în modul în care lumina le străbate, aceste cabluri pot detecta schimbări în ceea ce privește mișcarea, vibrația și temperatura fundului mării și a apei.

O inițiativă de cercetare finanțată de UE în domeniul emergent al monitorizării fundului mării prin fibră optică lucrează la o tehnologie menită să transforme fundul oceanelor într-un observator vast, în timp real. Descoperirile făcute ar trebui să permită oamenilor de știință să monitorizeze mai bine schimbările climatice, să urmărească activitatea tectonică și să îmbunătățească avertismentele de tsunami și cutremur.

Rețea subacvatică de detectare a Pământului

Aproximativ 70% din suprafața Pământului este acoperită de apă, dar cea mai mare parte a acesteia este inaccesibilă instrumentelor seismologice convenționale.

„Avem o acoperire excelentă a suprafeței mării prin satelit”, a declarat Marc-André Gutscher, geolog marin la centrul de cercetare Geo-Ocean din Brest, Franța. „Dar în adâncurile marine, de unde provin cele mai multe cutremure și tsunamiuri, avem foarte puține observații directe.” 

Acest lucru începe să se schimbe datorită cercetărilor privind modul în care cablurile submarine ar putea fi utilizate și ca rețea globală de detecție. Domeniul este dominat de două tehnici complementare: Detecția acustică distribuită (DAS) și Reflectometria optică a timpului Brillouin (BOTDR).

Gutscher a coordonat o inițiativă de cercetare finanțată de UE cu durata de șapte ani, denumită FOCUS, care s-a încheiat în septembrie 2025. Studiul a explorat modul în care aceste două tehnici pot detecta deformările minuscule, de doar unul sau doi centimetri, de-a lungul liniilor de falie active din adâncurile mării. 

Pentru a testa acest concept, echipa a instalat un cablu prototip de 6 kilometri pe fundul mării de-a lungul faliei Alfeo de Nord din Catania, în Sicilia. Zona este predispusă la activitate seismică, deoarece se află în apropierea Muntelui Etna, cel mai mare și mai activ vulcan din Europa.

Ascultarea fundului mării

În 1908, un cutremur cu magnitudinea de 7,1 a lovit Strâmtoarea Messina dintre Sicilia și Italia continentală, declanșând un tsunami devastator care a ucis peste 80.000 de oameni în unul dintre cele mai grave dezastre naturale din Europa. Scopul cercetătorilor este de a evalua mai bine mișcările faliilor de pe fundul mării și de a ajuta la pregătirea comunităților de coastă înainte ca evenimente similare să se producă din nou în viitor.

Echipa lui Gutscher a lucrat cu Institutul Național Italian de Fizică Nucleară (INFN), care a acceptat să conecteze cablul prototip FOCUS la cablul lor submarin existent, gestionat de la observatorul lor maritim din largul coastei Cataniei, din Sicilia.  

Proiectat împreună cu IDIL, o companie franceză specializată în sisteme de fibră optică, cablul se aseamănă cu cablurile de telecomunicații obișnuite, dar include fibre cu senzori speciali, mai sensibili la perturbațiile mecanice de pe fundul mării.

Cu o grosime de doar 9 milimetri, acesta conține două tipuri de fibre optice: fibre slab tamponate, similare cablurilor de telecomunicații, și fibre strâns tamponate, mai sensibile la tensiune (deformare mecanică). Cercetătorii au folosit BOTDR pentru a măsura modificările subtile ale lungimii fibrelor care corespund deformării din scoarța terestră.

„Obiectivul nostru principal a fost să vedem ce se întâmplă înainte de un cutremur, să detectăm deformarea timpurie înainte de o ruptură bruscă”, a declarat Dr. Giovanni Barreca de la Universitatea din Catania.

Deocamdată, nu s-a observat nicio mișcare semnificativă, dar și acest lucru este instructiv. „Înseamnă că falia este blocată în prezent și, probabil, acumulează stres tectonic”, a spus Gutscher. „Când acest stres va fi eliberat, vom fi atenți.”

Cablul din Sicilia și-a dovedit deja valoarea. La sfârșitul anului 2020, a detectat un curent submarin masiv, posibil declanșat de o alunecare de teren subacvatică, un fel de „avalanșă marină” care se poate deplasa sute de kilometri și, uneori, poate declanșa tsunamiuri.

Astfel de evenimente sunt rareori observate, dar datele obținute prin fibra optică au înregistrat semnătura sa în detaliu. Acest lucru oferă oportunități de monitorizare și detectare a pericolelor secundare care pot amenința comunitățile costiere și infrastructura vitală a fundului mării.

Din Sicilia până în Caraibe

Între timp, echipa FOCUS a explorat și potențialul rețelei de cabluri de telecomunicații subacvatice pentru a îmbunătăți monitorizarea mediului. Cercetătorii au folosit rețele locale de cabluri subacvatice în largul insulei Guadelupa din Caraibe pentru a monitoriza modificările temperaturii apei la nivelul fundului mării.

Inițial, echipa a trebuit să colecteze date manual la fiecare câteva luni de la dulapurile de relee cu fibră optică terestre. Acum, datorită unei configurații permanente, pot monitoriza cablurile de la distanță la fiecare trei ore.

Măsurătorile lor înregistrează modul în care lumina se dispersează în interiorul cablurilor. Când cablul este deranjat, mici defecte din fibră se deplasează ușor, modificând modelul luminii. Oamenii de știință urmăresc aceste schimbări pentru a înțelege ce se întâmplă pe fundul mării.

„Dacă ceva deranjează cablul – dacă îl trage, îl deplasează, îl încălzește sau îl răcește – putem măsura acest lucru”, a explicat Gutscher.

În timp ce analizau modul în care semnalul luminos se modifică odată cu temperatura, au detectat o creștere de aproximativ 1,5 °C în apele de mică adâncime pe parcursul a doi ani, în concordanță cu măsurătorile temperaturii suprafeței mării efectuate de sateliți. În același timp, s-a produs un eveniment masiv de albire a coralilor, cu pierderi de aproximativ 30 % ale recifelor de corali.

În apele mai adânci din Guadelupa, de la 300 la 700 de metri, cablurile prezintă creșteri mai mici de temperatură, de aproximativ 0,2 până la 1 °C.

Aceste descoperiri tocmai au fost acceptate pentru publicare (în Geophysical Research Letters) și implică faptul că mii de kilometri de cabluri de telecomunicații ar putea fi folosite pentru a monitoriza schimbările de temperatură din adâncurile oceanelor, adăugând o nouă dimensiune măsurătorilor meteorologice.

„Deși obiectivul nostru inițial este tectonica, aceste măsurători arată cum aceleași cabluri pot urmări schimbările climatice”, a spus Gutscher. „Potențialul pentru monitorizarea integrată a mediului și a pericolelor este enorm.”

Această tehnică ar putea fi extinsă și la alte regiuni predispuse la cutremure, cum ar fi Japonia, Cascadia (de-a lungul coastei Pacificului a Americii) și în alte părți ale Mării Mediterane.

Sistemele DAS pot detecta undele seismice inițiale ale unui cutremur în câteva secunde, iar BOTDR poate urmări tensiunea pe termen lung care se acumulează în timp. DAS oferă potențialul pentru alerte imediate de cutremur și tsunami, iar BOTDR poate oferi monitorizarea pe termen lung a deformării faliilor, cu aplicații potențiale în prognoza cutremurelor.

„Noua utilizare secundară a cablurilor cu fibră optică ar putea reprezenta un progres enorm în domeniul seismologiei și avertizării privind pericolele”, a spus Gutscher. „Transformăm efectiv sistemul nervos digital al lumii într-un sistem de mediu.”

Cu colaborări și investiții suplimentare, fundul oceanului – cândva aproape invizibil – ar putea deveni unul dintre cele mai puternice instrumente ale științei pentru protejarea vieților și înțelegerea planetei noastre în schimbare.

Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate prin Consiliul European pentru Cercetare (CEC). Opiniile persoanelor intervievate nu reflectă neapărat opiniile Comisiei Europene. 

​Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista de cercetare și inovare a UE.