Cavi in fibra ottica Quella linea dei fondali oceanici potrebbe fornire un’alternativa meno costosa e più completa alle attuali boe che fungono da sistemi di allerta precoce per gli tsunami, afferma un ricercatore dell’Università del Michigan.
Un sistema chiamato DART, o Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis, comprende boe specializzate per il monitoraggio degli tsunami. Sotto la supervisione della National Oceanic and Atmospheric Administration, l’installazione delle boe costa circa 500.000 dollari, più altri 300.000 dollari all’anno per la manutenzione. Trentadue boe di rilevamento punteggiano il perimetro dell’Oceano Pacifico, il che si traduce in milioni di dollari all’anno in manutenzione: una manutenzione costosa ma vitale.
Ora, sismologo dell’UM Zack Spica e colleghi del California Institute of Technology hanno utilizzato una tecnica chiamata rilevamento acustico distribuito, o DAS, per sfruttare un modo più economico e più diffuso per tenere sotto controllo i disastri naturali: circa 1 milione di miglia di cavi in fibra ottica che incrociato fondali oceanici.
“Le società di telecomunicazioni hanno posato questi cavi in fibra ottica negli ultimi 30 anni e hanno speso centinaia di miliardi di dollari per farlo”, ha affermato Spica, assistente professore di scienze della terra e dell’ambiente dell’UM. “Ora, grazie alla fotonica avanzata e alla grande potenza di calcolo, possiamo trasformare i cavi in fibra ottica in array di sensori super densi e ad alta fedeltà”.
Gli tsunami sono una serie di onde massicce innescate da un improvviso spostamento dell’acqua dell’oceano, più tipicamente causato dall’improvviso movimento del suolo del fondale marino. Gli tsunami possono essere minori o devastanti, come lo tsunami nell’Oceano Indiano del 2004, che ha ucciso quasi 228.000 persone.
In uno studio pubblicato su Geophysical Research Letters, Spica e colleghi mostrano che i cavi in fibra ottica possono essere utilizzati come sistema di allarme precoce per lo tsunami.
“A differenza dei terremoti che si verificano all’improvviso e sono difficilmente evitabili, anche se esistono alcuni sistemi di allarme precoce, gli tsunami generalmente impiegano più tempo per accumularsi e raggiungere la costa”, ha detto Spica. “Ciò significa che i sistemi di allerta precoce sono più efficienti in caso di tsunami. Tuttavia, è difficile valutare l’entità di uno tsunami prima che raggiunga la costa. Pertanto è necessaria la strumentazione offshore, che è costosa e difficile da mantenere”.
Nel corso dei cinque anni precedenti, Spica e i suoi colleghi ricercatori hanno installato unità interrogatrici DAS in società di telecomunicazioni in fibra ottica in Alaska, Giappone, Spagna e Lago Ontario che si collegano ai cavi in fibra ottica sottomarini. Utilizzando uno dei dispositivi posizionati a Florence, nell’Oregon, il team è stato in grado di rilevare uno tsunami che ha avuto origine in una catena di isole a circa 1.300 miglia a est della punta del Sud America.
“Si è trattato di un forte terremoto nelle Isole Sandwich che ha generato un grande tsunami. Non era nemmeno nello stesso oceano del cavo e del dispositivo su cui l’abbiamo rilevato”, ha detto Spica. “Quando lo tsunami è arrivato in Oregon e Alaska, ha avuto un deflusso di soli pochi centimetri, che non ha prodotto alcun danno.”
La tecnica DAS funziona monitorando i fotoni, particelle di luce, che viaggiano attraverso i cavi in fibra ottica. Mentre la luce viaggia in un’onda attraverso i cavi, alcuni fotoni vengono rifratti all’inizio del cavo. Questi fotoni vengono rifratti all’indietro e, in un dato momento, la quantità di luce che ritorna all’interrogatore è proporzionale alla deformazione lungo il cavo.
Inizialmente i ricercatori hanno utilizzato questi cavi per rilevare i terremoti. I terremoti rilasciano un’enorme quantità di energia in un brevissimo lasso di tempo. La grande domanda, ha detto Spica, era se i cavi potessero rilevare il movimento molto più sottile degli tsunami. Il periodo tra la cresta delle onde in uno tsunami può essere incredibilmente lungo, fino a decine di minuti e diverse miglia tra la cresta delle onde.
“I terremoti generalmente hanno un’energia molto più elevata e si scuotono molto rapidamente, mentre gli tsunami hanno onde molto ampie”, ha detto Spica. “Quindi la domanda era: possiamo usare queste tecniche per monitorare le onde a lungo periodo?”
I ricercatori non sono sicuri di quale caratteristica dello tsunami causi un cambiamento nei cavi in fibra ottica. La deformazione indotta dalla pressione dell’acqua in eccesso sulla parte superiore dei cavi potrebbe causare l’allungamento delle fibre al loro interno, modificando il modo in cui i fotoni vengono rifratti. La temperatura potrebbe causare un cambiamento simile, ma Spica afferma che sono necessarie ulteriori ricerche per determinare esattamente come vengono influenzate le fibre.
Il sistema DAS potrebbe offrire alle società di telecomunicazioni un modo alternativo di utilizzare i cavi in fibra ottica in futuro, poiché i satelliti sostituiranno i cavi come percorso principale per la fornitura di Internet. Spica afferma che i cavi potrebbero essere utilizzati per la sorveglianza militare, il monitoraggio delle imbarcazioni, la misurazione delle onde interne, il monitoraggio delle temperature oceaniche e per la ricerca sui cambiamenti climatici.
“Queste società di telecomunicazioni hanno sentito parlare di questa rilevazione, ma è ancora molto presto”, ha detto Spica. “Ma se pensiamo in grande, se pensiamo in grande nei prossimi 15 anni, probabilmente dovrebbero provare a reinvestire nelle proprie infrastrutture”.
Questo studio si basa sulla precedente ricerca condotta da Spica per determinare se la fibra ottica potesse rilevare i movimenti del suolo dovuti ai terremoti. Successivamente, Spica afferma che è necessario sviluppare un software per trascrivere le informazioni per il rilevamento dello tsunami dai cavi in fibra ottica in tempo reale.
Fonte: Università del Michigan
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