Ολόκληρος ο πλανήτης είναι διασυνδεδεμένος με χιλιάδες χιλιόμετρα οπτικών ινών, τόσο κάτω από τη θάλασσα, όσο και στη στεριά. Τα καλώδια οπτικών ινών περνούν κάτω από ωκεανούς διασυνδεόντας ηπείρους, ενώ ήδη και στη χώρα μας έχουμε πλήρη ανάπτυξη δικτύων οπτικών ινών για τη διασύνδεση κάθε σπιτιού, με μεγαλύτερο βέβαια το δίκτυο οπτικών ινών της COSMOTE! Οι οπτικές ίνες, όμως, έχουν ιδιότητες οι οποίες τις κάνουν ιδιαιτέρως χρήσιμες και σε άλλους τομείς, όπως αυτός της σεισμολογίας.
Οι ερευνητές της Φυσικής γνωρίζουν εδώ και χρόνια για τις ιδιότητες των οπτικών ινών και τις πιθανές τους χρήσεις σε διάφορους τομείς. Στη μελέτη των οπτικών ινών για την επιτάχυνση των τηλεπικοινωνιών, ψάχνοντας πιθανές αιτίες θορύβου στα οπτικά σήματα που μεταφέρονται μέσα στις ίνες, οι επιστήμονες είδαν πολύ γρήγορα πως οι οπτικές ίνες επηρρεάζονται από μηχανικές δονήσεις, οι οποίες μεταφέρονται στα οπτικά σήματα ως θόρυβος. Η έρευνα ήταν σημαντική στο να προσπαθήσουν να κατανοήσουν καλύτερα τις γενεσιουργούς αιτίες και την εξάλειψη αυτού του θορύβου, και σύντομα αποκαλύφθηκε πως οι υπόγειες και υποθαλάσσιες οπτικές ίνες είναι ευαίσθητες σε δονήσεις όπως αυτές που παράγονται από σεισμικά γεγονότα, και μάλιστα είναι δυνατή η χρήση τους ως ανιχνευτές για αυτόν ακριβώς τον σκοπό!
Η πιο πρόσφατη δημοσίευση πάνω στο αντικείμενο μας έρχεται από το California Institute of Technology (Caltech), το οποίο βρίσκεται σε μια περιοχή με ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τη σεισμολογία. Ο καθηγητής γεωφυσικής Zhongwen Zhan και η ομάδα του είχαν ως στόχο το να δείξουν πως τα καλώδια οπτικών ινών μπορούν να λειτουργήσουν ως ιδιαίτερα ευαίσθητοι σεισμογράφοι και πως είναι ένας απλός και ανέξοδος τρόπος για την επέκταση του δικτύου σεισμομέτρων, μέσω της μεθόδου η οποία ονομάζεται “κατανεμημένη ακουστική καταγραφή” (distributed acoustic sensing). Για την υλοποίηση της έρευνας, χρησιμοποίησαν ένα τμήμα 100 χιλιομέτρων υφιστάμενου καλωδίου οπτικών ινών, ώστε να κατανοήσουν τη συμπεριφορά του, χρησιμοποιώντας ως σημείο αναφοράς έναν συγκεκριμένο σεισμό του 2021.
Τα αποτελέσματα της έρευνας ήταν εντυπωσιακά: οι ερευνητές κατόρθωσαν, χρησιμοποιώντας δεδομένα από το συγκεκριμένο καλώδιο, να ανακαλύψουν τα επιμέρους επίκεντρα του συγκεκριμένου σεισμικού γεγονότος, μα και να τα εντοπίσουν με μεγάλη λεπτομέρεια. Η έρευνα επίσης έδειξε πως η χρήση περισσότερων και μεγαλύτερου μήκους καλωδίων οπτικών ινών θα είχε πολύ καλύτερα αποτελέσματα. Ο καθηγητής Zhan αναφέρει: «Αν έχουμε μεγαλύτερη κάλυψη, μπορούμε να φέρουμε επανάσταση στη μελέτη των σεισμών και να παρέχουμε ακριβέστερες προειδοποιήσεις. Αν και δε μπορούμε να προβλέψουμε τους σεισμούς, το σύστημα κατανεμημένης ακουστικής καταγραφής μπορεί να οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση των λεπτομερειών του πώς η γη σπάει».
Η οπτική ίνα μεταφέρει οπτικά σήματα (δηλαδή φως) από lasers, ενώ οι καταγραφείς είναι οι ίδιες οι ατέλειες στην κατασκευή της ίδιας της ίνας. Η κάθε μικροσκοπική ατέλεια, κατά τη δόνηση, λειτουργεί ως μικροσκοπικός ανακλαστήρας, επιστρέφοντας πίσω στην πηγή ένα απειροελάχιστο τμήμα της ακτινοβολίας του laser. Έτσι, με την κατάλληλη επεξεργασία, οι επιστήμονες είναι σε θέση να καταγράψουν τη θέση και την ένταση κάθε δόνησης. Συνολικά, μια οπτική ίνα λειτουργεί σαν χιλιάδες μικροσκοπικά σεισμόμετρα, τα οποία συνδυαστικά επιτρέπουν στους ερευνητές να συνθέσουν τα σεισμικά κύματα που δέχθηκε η ίνα!
Με δεδομένο το ότι πλέον έχουμε δίκτυα οπτικών ινών σε όλα τα μήκη και πλάτη του πλανήτη, είναι πλέον εύκολο (και εξαιρετικά φθηνό) το να έχουμε και ένα τεράστιο δίκτυο σεισμογράφων, το οποίο θα είναι σε θέση να καταγράφει με τεράστια ακρίβεια όλα τα σεισμικά γεγονότα στην επιφάνεια της Γης. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει και σε μεγαλύτερη κατανόηση των τεκτονικών διεργασιών, αλλά και να βοηθήσει στη μοντελοποίηση του υπεδάφους, με απώτερο στόχο την πρόβλεψη μεγάλων σεισμικών γεγονότων!