Kartet viser kjente undersjøiske kabler i drift globalt. Kartografi: submarinecablemap.com
Fiberoptiske kabler på havbunnen er nå en integrert del av vår globale kommunikasjonsinfrastruktur, og det forventes at de kan få nye bruksområder i årene som kommer.
Kablene består av tynne glass- eller plastfibre som sender lys over store avstander. De benyttes til å overføre telefonsamtaler og internettsignaler, men kan nå få en ny jobb i tillegg, nemlig å overvåke jorden.
– Å kombinere det verdensomspennende fiberoptiske nettverket med eksisterende fjernmålingssystemer som satellitter, kan skape et billig, globalt overvåkingsnettverk, hevder Martin Landrø, professor i geoakustikk ved Institutt for elektroniske systemer ved NTNU, til Gemini.no.
Professor Landrø leder senteret for forskningsdrevet innovasjon (SFI) Centre for Geophysical Forecasting (CGF) ved NTNU.
Teknologien har eksistert lenge
Det er for tiden ca. 378 undersjøiske kabler i drift globalt med en total lengde på om lag 1,2 millioner kilometer. Den lengste, Asia-America Gateway Cable, strekker seg ca. 20 000 kilometer fra California på fastlandet av USA via Hawaii og Guam i Stillehavet til Filippinene og videre innover i Sørøst-Asia.
Geoforskning.no: Et ubenyttet seismisk nettverk
Fiberoptiske kabler er altså ingen ny oppfinnelse, men teknologien og instrumentene vi kan bruke for å hente frem informasjon fra nettverkene har utviklet seg.
Instrumentet går under navnet “interrogator”, oversatt til “avhører” på norsk. Denne kan kobles til et fiberoptisk kabelnettverk.
Pulserende laserlys fosser gjennom glassfibrene, frakter signaler ned i dypet og måledata tilbake. Lyspulsene lar seg også forvandle til følsomme “mikrofoner”. Urenheter i glassfibrene sender noe lys tilbake igjen. Dette lyset kan avsløre om ørsmå vibrasjoner – lydbølger – oppstår rundt og langsetter kabelen. Hver gang en lydbølge eller en bølge i havet slår mot undervannskabelen, strekker fiberen seg bittelitt.
– Vi kan måle hvor mye fiberen strekker seg ekstremt presist. Denne teknologien har vi hatt lenge, men den har utviklet seg mye de siste fem årene. Nå kan vi bruke den til å overvåke og måle akustiske signaler over strekninger på 100 til 200 kilometer. Det er noe nytt, sier Landrø.
Skip, jordskjelv og stormer i det fjerne
Sist sommer rapporterte den NTNU-ledede forskningsgruppen at de for første gang kunne bruke fiberoptiske kabler for å overvåke hvaler i Arktis.
Mens de samlet inn hvallydene greide forskerne også å registrere skip som passerte over eller nær kabelen, flere jordskjelv og rare bølgemønstre som de etter hvert forsto skyldtes stormer langt unna.
– Målingene var presise nok til at de kunne si nøyaktig hva slags hendelse som hadde funnet sted, blant annet et stort jordskjelv i Alaska, forteller Landrø.
– Vi registrerte mye skipstrafikk og mange jordskjelv. Det aller største fant sted i Alaska og vi kunne se det langs hele kabelen på 120 kilometer. Vi så også at vi kunne detektere stormer langt unna.
Et eksempel på hvordan systemet kunne registrere skip involverte lasteskipet “Norbjørn”. Signalene ble fanget opp mens skipet krysset den fiberoptiske kabelen 86,5 kilometer unna instrumentene. Forskerne kunne beregne skipets hastighet og posisjon basert på lydsignalene som ble oppfanget langs kabelen, og deretter bekrefte observasjonene med skipets automatiske identifikasjonssystem.
Til å begynne med var Landrøs team forvirret over en rekke bølger de detekterte gjennom overvåkingsperioden. Hver bølgeserie varte mellom 50 og 100 timer der bølgefrekvensen økte monotont. Etter hvert forsto de at de mystiske signalene kom fra stormer langt unna.
– Dette er de fysiske bølgene på havet. De laveste bølgefrekvensene beveger seg raskest, fulgt av bølgene med høyere frekvens som kan komme opptil seks dager senere.
Ved hjelp av beregninger kunne Landrøs lag identifisere den tropiske stormen Eduardo, som fant sted i Mexicogulfen, 4 100 kilometer unna kabelen ved Svalbard. Fra samme kabel identifiserte de også en stor storm utenfor Brasil, 13 000 kilometer unna.
Et supplement til seismometerne
Fiberoptiske kabler kan også bidra til bedre overvåkning av jordskjelv og seismisk aktivitet i jordskorpen.
Geologer har allerede et nettverk av sensitive instrumenter, kalt seismometere, som gir mer detaljert og presis informasjon enn det fiberoptiske kabler gjør, men disse instrumentene er svært dyre og ikke så utbredt som ønsket. Derfor har forskere begynt å se på muligheten for å bruke det eksisterende fiberoptiske nettverket som et supplement.
Selv om kablene har en ulempe med mye bakgrunnsstøy, kan de gi tilleggsinformasjon som de eksisterende måleinstrumentene ikke kan gi. Ved å analysere data fra det fiberoptiske nettverket sammen med seismometere, kan forskere få en mer komplett forståelse av jordskjelv og deres egenskaper.
– Tanken er ikke å erstatte det eksisterende systemet, men utfylle det. Spørsmålet blir hva vi kan lære fra en metode som har mer støy, men som er videre utbredt. Hvordan kan vi bruke denne informasjonen, selv om den har lavere kvalitet, til å lære mer om jordskjelv og egenskapene deres, spør Landrø.
Vil utvide rekkevidde
Teknologien er god, men rekkevidden er fremdeles en begrensning for fiberoptiske fremskritt. Håpet er at denne vil bli bedre etter hvert som teknologien utvikler seg ytterligere.
– Selv om dagens interrogatorer ikke greier å registrere noe forbi forsterkerne som vanligvis brukes i fiberoptiske kabler, utvikler teknologien seg svært raskt. Vi forventer at vi snart kan overvinne disse begrensningene slik at rekkevidden kan bli lengre enn 100-200 km, sier Landrø.
Denne teknologien er relativt ny, men de første forsøkene viser lovende resultater. Ved å utnytte eksisterende fiberoptiske kablene som allerede ligger langstrakt på havbunnen, vil vi kunne få et kostnadseffektivt supplement til å overvåke jordens bevegelse. Dette gir oss muligheten til å bedre forstå og forutsi jordskjelv og andre geologiske hendelser.
Forskningen ved CGF har et bredt nedslagsfelt. Eksempler på områder der bedre prognoser vil komme godt med, er jordskjelv, ras, og kartlegging av vannressurser, hydrokarboner og steder for lagring av CO2.
Senteret skal teste nye, enklere og billigere måter å overvåke endringer i jordoverflaten, både over og under vann.
Geoforskning.no: Oljeteknologi med nye formål
