Cavo in fibra ottica

Fibra ottica per rilevare terremoti sottomarini: come funziona

Un team di scienziati dell'UniversitÓ della California, Berkeley ha ideato un nuovo metodo per misurare i terremoti sottomarini: con la fibra ottica
Fibra ottica per rilevare terremoti sottomarini: come funziona FASTWEB S.p.A.

Da sempre l'uomo ha avuto paura dei terremoti, perché le scosse telluriche hanno portato morte e distruzione quasi in ogni parte del mondo. Anche per questo il primo tentativo di registrare le attività sismiche risale addirittura al 132 d.C., quando lo scienziato (ante litteram) cinese Zhang Heng costruì il primo rudimentale, ma allo stesso tempo geniale, sismografo. La ricerca sui terremoti è poi andata avanti nei secoli, fino all'invenzione nel 1703 del primo sismografo a mercurio da parte del francese Jean de Hautefeuille.

Ma tutta la sismologia, ancora oggi, si scontra con un grosso limite: riusciamo a misurare con precisione i movimenti del sottosuolo soltanto nelle aree emerse del nostro pianeta. In altre parole: non abbiamo dati su cosa succede sotto il fondo dei mari e degli oceani. Adesso, però, le cose potrebbero cambiare grazie ad una ricerca congiunta dell'università di Berkeley, della Rice University e del Monterey Bay Aquarium Research Institute. Gli scienziati, infatti, hanno messo a punto un metodo per usare i cavi sottomarini in fibra usati per le telecomunicazioni come dei veri e propri sismografi.

Fibra ottica

Distributed Acoustic Sensing

La nuova tecnica si chiama "Distributed Acoustic Sensing" (DAS) e consiste nel trasformare ogni cavo in una serie di migliaia di sensori di movimento. Come è noto i cavi in fibra ottica sono composti da migliaia di filamenti di vetro o di materiali polimerici, attraverso i quali viaggiano i dati trasportati dalla luce. La tecnica del DAS consiste nell'inviare attraverso la fibra ottica degli impulsi laser e misurare quanta luce torna indietro a causa delle impurità naturalmente presenti nella fibra.

Questo fenomeno è ben noto agli scienziati e viene definito "Backscattering". Quando la terra vibra proprio sotto un cavo a fibra ottica, però, le fibre vengono mosse e questo causa dei piccoli mutamenti nel modo in cui la luce torna indietro. In questo modo gli scienziati riescono a capire dove e di quanto si è mossa ogni singola fibra ottica e, di conseguenza, un cavo sottomarino per le telecomunicazioni si trasforma un enorme sismografo steso sull'oceano che riesce a raccogliere, in caso di evento sismico, una enorme quantità di dati sui movimenti del sottosuolo.

Il nodo in fibra ottica utilizzato per gli esperimenti

I ricercatori hanno dimostrato che la cosa funziona, riuscendo a registrare un terremoto di magnitudo 3,5 tramite un cavo in fibra ottica steso sul fondo della Baia di Monterey, in California, a 45 chilometri dalla costa. Il cavo era già stato installato in precedenza, per altri scopi scientifici, ma ha confermato nella pratica la teoria degli scienziati: "Abbiamo trasformato un cavo scientifico in 10.000 componenti di 10.000 sismometri e questo ci ha permesso eseguire una sismologia densa e su vasta scala", ha commentato Nate Lindsey, ricercatore della Berkley University.

Cavi in fibra come sismografi: le prospettive future

Al momento la tecnica del DAS non è ancora pronta per essere utilizzata dagli scienziati come strumento affidabile per misurare i terremoti. Va affinata e "ripulita" da ogni possibile interferenza per evitare i falsi positivi e, soprattutto, va scelto un modo efficace per trasportare a terra i dati raccolti sul fondo del mare. Usare le onde radio non è possibile, perché l'acqua salata è molto conduttiva e impedisce le trasmissioni.

La dorsale in fibra nella baia di Monterey

Tuttavia, le porte che si aprono per i geologi sono enormi: il 71% della superficie terrestre è coperta dai mari e di cosa succede sotto questo 71% sappiamo ben poco. Al momento, infatti, i sismologi rilevano i movimenti tellurici sotto gli oceani con dei sismografi trasportati a bordo delle navi, ma la loro potenza è insufficiente a fornire molte informazioni. E, per di più, le centinaia di metri di acqua che separano il sismografo dal fondo del mare abbassano la precisione degli strumenti. "E' dura fare sismologia negli oceani - spiega ancora Lindsey - perché costa molto e non puoi tenere giù i sensori per molto tempo. Avere accesso da terra a questo metodo di rilevazione con le fibre ottiche ci permette di avere informazioni sulle faglie e anche di eseguire misurazioni sulle onde dell'oceano".

Quest'ultima misurazione, quella sulle onde, potrebbe essere utilissima per rilevare in tempo reale la formazione di uno tsunami immediatamente dopo un terremoto con epicentro in mare. Oggi i cavi sottomarini in fibra ottica per le telecomunicazioni ad alta velocità sono già oltre 400 (e nel 2021 saranno oltre 460), un giorno potrebbero diventare una miniera d'oro per gli scienziati.

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