预测地震在陆地上已属难题,在覆盖地球70%表面积的海洋中更是难上加难。然而,遍布全球海洋的海底光缆网络可能即将改变这一现状。除了传输数据,这些光缆还能监测引发地震和海啸的板块运动。由法国国家科学研究中心(CNRS)主导的FOCUS项目(海底光纤电缆利用项目)已证实,现有光纤电缆可探测由构造断层引起的微小海底移动,旨在提升对断层活动及潜在地震的理解。
该项目的主要研究区域位于地中海,距离西西里岛卡塔尼亚约30公里的一处新绘制海底断层。该断层位于欧洲最高、最活跃的埃特纳火山脚下,属于水平滑动断层,极易引发地震。卡塔尼亚及周边地区人口密集,历史上曾多次遭受毁灭性打击:1908年墨西拿地震(7.2级)引发的海啸造成7.2万人死亡;1693年卡塔尼亚地震(估计7.5级)导致约6万人丧生并摧毁了大部分建筑。
卡塔尼亚附近的INFN-LNS核物理研究所运营着一个海底观测站,其29公里长的光电电缆支线原本用于测试中微子望远镜,现恰好位于新发现断层仅2.5公里处。FOCUS项目在此部署了特制的张力电缆,任何微小的断层移动都会拉伸内部光纤,通过激光反射技术(BOTDR)即可被精准捕捉。这种技术已用于监测桥梁、大坝等大型工程结构数十年。
2020年10月,研究团队在法国“为何不”号科考船上首次展开作业,将6公里长的传感电缆埋入海底20厘米深处,横跨断层四个点,并安装八座声学信标进行独立验证。同年11月,系统检测到电缆拉伸1.5厘米,虽非地震,但证实了系统对海底滑坡等干扰的敏感度。2021年9月,团队故意在电缆上放置约100个25公斤重物,模拟机械应力,光纤信号清晰捕捉到变化,进一步验证了系统的可靠性。
项目还利用连接瓜德罗普群岛的商业电信电缆进行了二次验证。2022至2024年间,科学家通过BOTDR技术监测到电缆随海底温度变化的季节性信号,精度达0.1°C,并成功识别出洋流、风暴等环境因素引起的机械张力。这些结果证明,商业光缆同样具备高精度监测能力。
这一突破意味着全球庞大的海底光缆网络可转化为低成本、高密度的地震与环境传感器,极大提升海洋灾害预警能力。对于中国而言,作为全球海底光缆建设与应用大国,可借鉴此技术路径,将现有通信基础设施升级为海洋监测网络,在保障通信安全的同时,构建更完善的海洋灾害防御体系。
