I cavi sottomarini possono essere utilizzati anche come sensori sismologici e ambientali
Conoscere come e quando si muovono le faglie terrestri è fondamentale per la sismologia. Ma con due terzi della superficie terrestre sott’acqua, si perdono importanti opportunità di monitoraggio a causa delle sfide logistiche e dei costi di dispiegamento degli strumenti sismologici oceanici. «Una strategia intelligente per la sismologia oceanica consiste nell’appoggiarsi a infrastrutture preesistenti, e i cavi di telecomunicazione sottomarini sono i candidati eccellenti», afferma Marc-André Gutscher(si apre in una nuova finestra), coordinatore del progetto FOCUS(si apre in una nuova finestra), che ha utilizzato la luce laser per misurare i piccoli movimenti del fondo marino attraverso la deformazione rilevata in tali cavi.
La luce laser rileva le modifiche ai cavi in fibra
Il sito di prova principale del progetto FOCUS era a circa 30 km al largo di Catania, in Sicilia, una regione urbana soggetta a terremoti devastanti, dove il team aveva già mappato una faglia lineare a 2 000 metri di profondità. Un veicolo comandato a distanza (ROV) ha collegato un cavo in fibra ottica appositamente progettato a un osservatorio cablato sul fondale marino. Questo cavo «teso» è stato poi srotolato per attraversare la faglia sottomarina in quattro punti. La luce laser è stata quindi sparata attraverso il cavo elettro-ottico dell’osservatorio, lungo 29 km, e nel cavo «teso» del progetto, lungo 6 km, rimbalzando avanti e indietro per tre volte, per un percorso ottico totale di 47 km. Per analizzare questa luce, il team ha utilizzato la riflettometria ottica Brillouin nel dominio del tempo(si apre in una nuova finestra) (BOTDR). Quando la luce laser viene sparata in una fibra ottica, una piccola quantità viene retrodiffusa, cioè rimbalza su piccole imperfezioni della fibra di vetro, che un interrogatore laser misura. FOCUS, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra) (CER), ha analizzato un picco di luce retrodiffusa chiamato picco di Brillouin, sensibile alla deformazione meccanica delle fibre e alle variazioni di temperatura. Le misurazioni ottiche sono state effettuate ogni due ore, più o meno ininterrottamente, a partire da ottobre 2020. «Gli aumenti o le diminuzioni della frequenza Brillouin in un determinato punto della fibra ottica indicano il suo allungamento o accorciamento», spiega Gutscher del Centro nazionale per la ricerca scientifica(si apre in una nuova finestra) (CNRS) in Francia. I cambiamenti sono stati rilevati già nel novembre 2020, con un allungamento in corrispondenza del primo e del terzo attraversamento di faglia, rispettivamente di circa 1,5 cm e 0,5 cm. Inizialmente si ipotizzava che fosse dovuto al movimento della faglia, i segnalatori acustici del fondale marino montati su entrambi i lati della faglia per una verifica indipendente hanno fornito indicazioni differenti(si apre in una nuova finestra). «Probabilmente sono stati causati da una frana sottomarina o da una corrente di fondo», afferma l’esperto. Sono stati rilevati ulteriori segnali sul cavo teso, che si è scoperto essere stati causati da un ROV che ha posizionato dei sacchi di zavorra sul cavo. «Questi segnali hanno verificato che la nostra tecnica è in grado di misurare le alterazioni del cavo del fondale marino a distanze di 30-50 km dalla costa», osserva. «Anche se non abbiamo ancora misurato il movimento della faglia, perché non si è verificato, forse dovremmo essere sollevati! Le indagini per immagini e sui sedimenti hanno dimostrato che questa faglia si sposta di diversi metri ogni 10 000 anni, un movimento in grado di generare terremoti di magnitudo 6».
Potenziale per il monitoraggio degli impatti ambientali e dei cambiamenti climatici
Mentre FOCUS ha dimostrato che la rete di telecomunicazioni sottomarina può essere riutilizzata per effettuare misurazioni sismologiche, gli stessi metodi potrebbero anche monitorare la salute strutturale dei cavi sottomarini. Uno dei risultati principali del progetto è stato che i cavi sottomarini in fibra ottica non standard (stretti) sono più adatti a misurare la deformazione del fondale marino rispetto alle fibre sciolte standard. Ma il team è anche vicino a dimostrare che i cavi di telecomunicazione standard possono seguire le fluttuazioni della temperatura del fondo marino, un indicatore chiave dei cambiamenti climatici, una funzione perseguita dal ricercatore in una nuova proposta di sovvenzione avanzata del CER. Un’estensione del progetto, che utilizza la tecnica BOTDR, sta attualmente misurando la temperatura e le correnti del fondo marino vicino ai cavi di una rete di telecomunicazioni sottomarina in fibra ottica nell’arcipelago della Guadalupa. Un altro progetto è quello di testare un cavo ibrido (fibre per telecomunicazioni e sensori), sviluppato durante FOCUS, che beneficia di un design speciale (in attesa di brevetto) che comprende fibre per sensori sia strette che libere.
