陸上では地震を予測することは重大な課題ですが、地球の表面の約70％を覆う海洋ではそれはほとんど不可能です。しかし、世界中の海を横断する広大な海底ケーブルのネットワークにより、すぐにこの状況が変わる可能性があります。地球上にデータを送信するだけでなく、地震や津波を引き起こす地殻変動を監視することもできます。
「海底光ファイバーケーブル活用」プロジェクト（集中）は、既存の光ファイバーケーブルを使用して、地殻断層によって引き起こされる海底の小さな動きを検出する方法を実証しました。私たちの目的は、断層活動、ひいては起こり得る地震についての理解を深めることです。
このプロジェクトの主な研究地域は、シチリア島カターニアから約 30 km 離れた、地中海の海底にある最近マッピングされた地殻断層でした。ヨーロッパで最も高く、最も活発な火山であるエトナ山の麓にあるこの断層は、地殻内の垂直断層の一種である「横ずれ」で、特に地震を引き起こしやすいものです。
場所は重要です。人口100万人の都市部であるシチリア島東部とカターニアは、ここ数世紀に何度か壊滅的な地震に見舞われてきた。 1908年のメッシーナ地震（マグニチュード7.2）と津波では7万2000人が死亡し、1693年のカターニア地震（推定マグニチュード7.5、イタリア史上最強）では約6万人が死亡し、カターニアの大きな建物のほとんどが倒壊した。
カターニアには核物理学研究所もあります。 INFN-LNS、ケーブル接続された海底観測所からなる海洋研究ステーションを運営しています。もともと100km離れた研究所のニュートリノ望遠鏡の実験場として設計されたこの長さ29kmの電気光ケーブルの南支線は、最近マッピングされた海底の「横ずれ」断層からわずか2.5kmのところで終わっている。
FOCUS プロジェクトは、地殻変動を検出することを期待して、新たにマッピングされた断層全体に特別に設計されたひずみケーブルを展開することで取り組みました。どんなに小さな動きでもケーブルが引っ張られ、内部の光ファイバーが伸びてしまいます。これは、光ファイバーに照射されたレーザー光を分析することで検出できます。
海底ケーブル
2020年10月に、 私のチームと私は初めての海洋遠征を実施しました シチリア島近くのINFN-LNSサイトにて、フランス調査船とともに なぜだめですか？。
深海プラウは、深さ約 2000 メートルの海底に 6 km のひずみセンサー ケーブルを埋め込みました。著者自身のもの、著者が提供したもの（再利用不可）
まず、特別に設計した長さ 6 km のひずみケーブル (海底通信ケーブルに似ていますが、特殊なセンサー ファイバーを使用) を海底観測所に接続しました。その後、水中鋤を使用して、このケーブルを海底下約 20 cm に埋め、約 1 km 離れた 4 つの異なる場所の断層を横切りました。
断層の両側に 4 つずつ、8 つの音響ビーコンのセットも設置されました。これは、起こり得る断層の動きを独立して測定するためでした。ビーコン間のベースラインに変化があれば、動きがあったことが確認されます。
次に、レーザー光が一定の 2 時間間隔で、研究施設の長さ 29 km の電気光ケーブルを通って FOCUS ひずみケーブルに照射されました。このケーブルにはファイバー内に 3 重のループが含まれており、光が 3 回往復して合計 47 km の光路長を実現しました。
このレーザーには、BOTDR (Brillouin Optical Time Domain Reflectometry) として知られる技術が使用されていました。これは、橋、ダム、パイプラインなどの大規模な工学インフラの変形を監視するために数十年にわたって使用されてきました。
誤報はシステムが機能していることを示します
約 1 か月後の 2020 年 11 月に、FOCUS 光ファイバー ケーブルの自然障害が検出され、最初の断層交差部で約 1.5 cm の伸びが見られました。最初は断層が移動したのではないかと思われましたが、音響ビーコンには変化が見られませんでした。
ケーブル障害の最も可能性の高い原因は、海底の堆積物の雪崩に似た海底地滑りでした。
FOCUS ケーブルのタイトなファイバーに関する 21 か月間の BOTDR 観察 (1 か月あたり 1 つの曲線)。 2020年11月の地滑りの疑いと、2021年9月の手荷物落下の兆候がはっきりと見えます。 1 番目と 3 番目の断層交差は緑色の線でマークされており、断層が移動した場合に伸長が予想される箇所です。著者自身の
ケーブルの二度目の障害 2021年9月に発生しかし、この場合は原因が確実にわかっています。私は、無人潜水艦を使用して、十分に埋設されておらず海底に横たわっているケーブルの部分、または平坦でない地形にまたがっているケーブルの部分に重り袋を置く作戦を指揮しました。
100 個近くの重り袋 (それぞれ 25kg の重さ) をケーブルの上部 4 か所に置き、ケーブルを柔らかい泥の中に押し込み、内部の繊維を引き延ばしました。 FOCUS ケーブルの特別なタイトなファイバーは、通信業界で使用されている標準的なルーズなファイバーよりも感度が高く、非常に強い信号を示しました。
これら 2 つの測定値は地殻変動を示していませんでしたが、海底ケーブルが海底の綿密な監視に役立つことを明確に示しました。
商用ケーブル
あ FOCUSプロジェクトの二次研究領域 は、グアドループ諸島の島々を接続する商用電気通信ケーブルのネットワークでした。 2022 年から 2024 年の 3 年間にわたり、私は IDIL 光ファイバーのパートナーとともに、路側接続箱から 3 ～ 6 か月間隔で一連の BOTDR 測定を実施しました。
グアドループの島々は海底通信ケーブルで接続されており、この地図に示されています。
ケーブルの浅海部分 (通常は深さ 10 ～ 100 m) で、おそらく海底の温度変化に起因する BOTDR 信号の季節変動が観察されました。これを確認するために、ケーブルの測定値に基づく温度変化を独立した衛星データと比較しました。それらは約 0.1°C 以内の精度でした。
また、棚の切れ目、海底峡谷、嵐や強い流れにさらされている島の間の狭い海峡など、特定の地理的位置で通信ケーブルに強い機械的歪みが発生していることも観察されました。
グアドループでの調査結果により、カターニアのサイトで使用されているより特殊なケーブルとは対照的に、商用ケーブルからの測定値の精度と感度が確認されました。彼らは、ケーブルへの機械的外乱（自然または人工）を検出し、長期の環境監視を実行するためにそれらが使用できる可能性を強調しました。
これらの結果を総合すると、世界の広大な海底通信ケーブル ネットワークの多くを地震学センサーや環境センサーに変換し、地震の危険性や気候変動をより適切に監視できるようにする大きな可能性をもたらします。
#150万キロメートルの海底インターネットケーブルがどのようにして地震と津波の警報システムとしても機能するのか