In un nuovo studio, i ricercatori dimostrano che i cavi in ​​fibra ottica che trasportano dati attraverso gli oceani del mondo possono essere utilizzati anche per rilevare eventi geofisici e monitorare le condizioni dell'oceano e del fondo marino.

Sebbene le boe e gli osservatori cablati possano essere utilizzati per monitorare parti dell'oceano, le informazioni che forniscono sono limitate all'ambiente circostante. Il nuovo approccio potrebbe offrire un modo per utilizzare la rete globale di cavi in ​​fibra ottica sottomarini per studiare parti dell'oceano altrimenti inaccessibili.

"Una volta perfezionato, questa nuova tecnica consentirà il rilevamento geofisico nelle profondità oceaniche, che sono in gran parte inesplorati a causa della mancanza di una strumentazione che funzioni in questo ambiente, " disse Zhongwen Zhan, assistente professore di geofisica al Caltech. "Un giorno potrebbe essere usato per rilevare terremoti con epicentri nell'oceano, consentendo allerte anticipate di terremoti e tsunami, Per esempio."

In ottica , La rivista della Optical Society per la ricerca ad alto impatto, Zhan, insieme ai ricercatori di Google e dell'Università dell'Aquila hanno dimostrato che il nuovo approccio è in grado di rilevare terremoti e mareggiate, raccolte di onde prodotte dalle tempeste. Lo hanno fatto usando il cavo in fibra ottica transoceanico Curie che collega Los Angeles, California con Valparaiso, Chile.

Andare oltre il trasporto di dati

La nuova tecnica sfrutta il fatto che i terremoti, variazioni di pressione o altri cambiamenti nell'ambiente di un cavo transoceanico creano sottili cambiamenti nella luce che viaggia lungo le fibre ottiche. Sebbene i collegamenti in fibra ottica transoceanica siano stati utilizzati per rilevare eventi geofisici nell'Oceano Mediterraneo, l'approccio utilizzato nelle precedenti dimostrazioni richiedeva laser estremamente specializzati, difficili da ottenere e utilizzare.

"Abbiamo utilizzato apparecchiature di telecomunicazione standard senza componenti ottici aggiuntivi oltre a quelli già presenti nei ricetrasmettitori commerciali, " disse Zhan. "Inoltre, non è necessario un canale luminoso dedicato perché i dati necessari per il rilevamento possono essere raccolti senza disturbare il regolare funzionamento del sistema di trasmissione ottica."

La maggior parte dei cavi transoceanici utilizza sofisticati metodi di luce coerente per codificare i dati sia nell'ampiezza che nella fase della luce trasmessa. Per analizzare i cambiamenti nella luce che viaggia lungo il cavo, i ricercatori hanno sviluppato un quadro teorico per utilizzare i dati di polarizzazione generati da un sistema di trasmissione coerente per il rilevamento nelle profondità dell'oceano. Il metodo che hanno sviluppato misura piccoli cambiamenti nella polarizzazione della luce trasmessa.

"Qualsiasi cambiamento nell'ambiente del cavo indurrà un minuscolo, ma rilevabile differenza nella polarizzazione della luce, " ha detto Zhan. "Abbiamo sviluppato il quadro teorico necessario per interpretare i dati di polarizzazione nei cavi sottomarini, che consentirà un'ulteriore comprensione quantitativa dei processi geofisici sottomarini".

Mettere in pratica la teoria

I ricercatori hanno utilizzato il loro nuovo approccio per rilevare terremoti in acque profonde e mareggiate oceaniche sulla base delle letture acquisite dal cavo in fibra ottica transoceanico Curie. Le misurazioni concordavano bene con misurazioni indipendenti effettuate con sismometri a terra.

"La stabilità della polarizzazione nel sistema sottomarino Curie è così elevata che siamo stati in grado di rilevare cambiamenti differenziali nella lunghezza del percorso ottico di due polarizzazioni della luce di soli 1,5 micron sull'intera lunghezza del cavo, " ha detto Zhan. "Questo equivale a solo una frazione della lunghezza d'onda per la luce laser che viaggia lungo il cavo."

I ricercatori stanno ancora lavorando per capire meglio come utilizzare i dati di polarizzazione per rilevare vari cambiamenti nell'ambiente per un cavo ottico sottomarino.