Оказывается, сеть подводных кабелей, связывающих весь мир Интернетом, может быть использована для отслеживания землетрясений и цунами. Во время теста в 2020 году один из волоконно-оптических кабелей Google смог успешно улавливать все близлежащие землетрясения — за счет обнаружения искажений световых импульсов, которые пересылались по кабелю. Это совершенно новый подход к идее, над которой ученые бились уже много лет.
Новый вид датчиков
Быстрое отлавливание новых землетрясений, происходящих далеко от людей, — непростая задача. Океан огромен. Чтобы мгновенно отлавливать сейсмологические толчки, нужны тысячи, десятки тысяч точных датчиков. Их поддержка в рабочем состоянии — очень дорогостоящий процесс. Если какой-то дал сбой — что же, нырять на дно? А если не нырнешь, а землетрясение случится именно там, кто возьмет на себя ответственность за гибель тысяч людей?
В общем, задача кажется нерешаемой. Но дешевый (и даже выгодный) способ покрыть океаны геофизическими сенсорами, оказывается, всё-таки есть. Потому что почти во всех океанах, даже в Северном Ледовитом, уже есть работающая телекоммуникационная кабельная инфраструктура. Если как-то превратить эти кабели в датчики, никаких дополнительных вложений не потребуется! Нужно только найти способ по характеру искажения сигналов, передаваемых в них, определять, произошло что-то на океанском дне или нет.
Это то, чем сейчас занимаются ученые с кафедры геофизики Калифорнийского технологического института во главе с Чжунвен Чжан. Они провели несколько испытаний при поддержке Google; полученные результаты можно почитать в журнале Science.
По их словам, помимо своей главной работы по транслированию интернет-данных, эти кабели вполне способны рассылать ранние предупреждения людям на берегу — если научиться правильно обрабатывать поступающую из них информацию. Это позволит нам узнавать, например, о приближающихся землетрясениях или цунами. Интернет-сигнал распространяется со скоростью света, в то время как землетрясение проходит через земную кору со скоростью звука — так что у людей на берегу могут быть минуты, а то и часы, чтобы успеть приготовиться. Это может спасти сотни тысяч людей, предотвратив такие катастрофы, как в 2004 году в Индонезии или в 2010 году на Гаити.
К тому же, интернет-кабели могут дать сейсмологам и геофизикам более подробное понимание землетрясений, происходящих под водой. Сейчас почти все датчики, используемые для обнаружения сейсмических толчков, находятся на суше, и поэтому не дают детального представления о картинах происходящего. Вполне возможно, мы многое не знаем о землетрясениях. И, заполнив эти пробелы, ученые смогут их гораздо точнее предсказывать.
Принцип работы
Новый подход не требует установки какого-либо нового оборудования. Достаточно существующей паутины из миллиона километров волоконно-оптических кабелей, проложенных по океанскому дну.
Когда передатчик на одном конце кабеля посылает световой сигнал, транслирующий данные, скажем, для вашего браузера, световые волны ориентируются в определенном направлении («поляризация света»). Если на пути происходит землетрясение, кабель может потрястись, погнуться или перекрутиться. Это меняет ориентацию световых волн. На другом конце кабеля с другой стороны океана Google обычно замечает эти помехи и исправляет их — чтобы в массивах данных не было ошибок.
Теперь компания хочет делиться своей информацией об изменениях так называемого «состояния поляризации» с сейсмологами, такими как Чжан. И помочь им находить подводные толчки. Не все искажения в данных вызваны землетрясениями, но те, которые вызваны, не так уж сложно заметить. У них есть периодичность! По ней, а также по масштабу ошибок, можно даже понять точный балл происходящих толчков.
В период с декабря 2019 года по сентябрь 2020 года исследовательская группа Чжана задокументировала примерно 20 землетрясений средней и большой силы, используя кабель Кюри длиной 10 500 километров, который проходит вдоль берегов Америки, от Лос-Анджелеса до Вальпараисо в Чили. Оказалось, кабель был способен даже улавливать сильные волны в океане, вызванные штормами. То есть этот метод можно без проблем использовать и для обнаружений цунами.
Возможность видеть цунами, пока они еще далеко от берега, может спасти очень много жизней. Их обычно не так просто засечь, крупная волна формируется уже недалеко от берега, собирая в себя несколько меньших волн. Но кабели, сидя под водой, «чувствуют» прохождение чего-то массивного сверху. И могут очень быстро отправлять предупреждения на берег — по данным Google, за миллисекунды. Так что если хоть один кабель попадет под волну, люди об этом узнают и смогут хотя бы заскочить в машину и убраться подальше от пляжа.
В 2018 году было опубликовано похожее исследование, которое тоже показало, что кабели на океанском дне могут обнаруживать землетрясения и цунами. Но предложенный в нём подход имел некоторые ограничения. Кабели должны были оснащаться специальным оборудованием, чтобы стрелять лазерами внутри кабеля и следить за искажениями движения лучей. Новый подход не требует никакой дополнительной инфраструктуры.
Также в прошлом были опасения, что добавление оборудования к кабелям может открыть лазейки для злоумышленников, позволив им получить доступ к конфиденциальным данным, отправляемым по сети. Чжан пишет, что с новым подходом это не проблема; ученые не могут видеть информацию о передаваемом контенте при изучении поляризации света. Они могут только наблюдать, есть ли отклонения от нормы и насколько они серьезны.
В то же время мы, конечно, всё больше полагаемся на эти подводные кабели. Сейчас они — самые важные инфраструктурные объекты человечества, обеспечивающие связь между странами и континентами. И при этом они очень уязвимы для природных катаклизмов и целенаправленных атак.
Скажем, одна тонкая нитка в Египте, протянутая через Красное море, держит на себе всю Юго-Восточную Азию, а также Индию, Иран, Ирак и Пакистан. Это самое уязвимое место Интернета, которое связывает больше трех миллиардов людей друг с другом и с Европой. Разные группы уже несколько раз пытались вывести его из строя. Если человечество станет ещё больше полагаться на эти тонкие нити связи, они могут стать ещё более привлекательной целью для нападения.
