I cavi in fibra ottica stesi sul fondo dei mari per trasportare dati in tutto il mondo potrebbero essere usati anche per realizzare delle reti sismografiche in grado di rilevare i sismi sottomarini rapidamente e con grande sensibilità. Lo ha dimostrato uno studio internazionale pubblicato su “Science” che ha visto in primo piano i ricercatori italiani dell’Istituto nazionale di ricerca metrologica (INRIM)
di Riccardo Oldani
www.lescienze.it

L’immenso gomitolo di fibra ottica che si intreccia sul fondo degli oceani, oltre un milione di chilometri di cavi utilizzati per trasferire dati attraverso tutto il pianeta, potrebbe trasformarsi in una rete capillare di sismografi, in grado di percepire e localizzare anche i terremoti più nascosti e difficili da studiare: quelli sottomarini, spesso all’origine di catastrofici tsunami.

A prospettare questa eventualità è uno studio, pubblicato su “Science”, frutto di una collaborazione internazionale in cui il ruolo italiano è stato fondamentale.

Al centro della ricerca, il tratto di fibra ottica disteso sul fondale del Canale di Sicilia tra la nostra isola e Malta, parte di un progetto per collegare l’INRIM (Istituto nazionale di ricerca metrologica), con una serie di enti e istituti di ricerca allo scopo di disseminare il segnale orario.

In tutta Europa, infatti, è in fase di costruzione una rete in fibra ottica tra i principali istituti metrologici nazionali, che ha proprio lo scopo di confrontare i segnali orari prodotti dagli orologi atomici, per verificarne la sincronizzazione.

“A questo scopo – spiega Davide Calonico, primo ricercatore dell’INRIM e tra gli autori dello studio pubblicato su “Science” – abbiamo sviluppato tecniche che ci consentono di generare fasci di luce laser di fase ultrastabile. Ora, nel caso di un terremoto, la fibra ottica subisce un allungamento, anche minimo, dovuto al movimento del terreno su cui poggia il cavo, che provoca un cambiamento di fase nel segnale luminoso e che noi siamo in grado di misurare con la massima precisione. Questa differenza di fase,
‘trasportata’ lungo la fibra ottica, può essere misurata anche a migliaia chilometri di distanza e indicarci che è avvenuto un terremoto”.

La sensibilità ai sismi dei cavi a fibra ottica su cui corre un segnale laser era stata già dimostrata a terra sempre dall’INRIM e, in seguito, su un tratto di cavo a fibra ottica steso tra il National Physical Laboratory (NPL) di Teddington, nel Regno Unito, e la vicina città di Reading, che il 24 agosto 2016 aveva avvertito il terremoto di Amatrice a 1.400 km di distanza dall’epicentro.

Scambiandosi informazioni su questo evento, INRIM e NPL hanno sviluppato l’idea dell’esperimento maltese, cui hanno partecipato anche il British Geological Survey e il Dipartimento di Fisica dell’Università di Malta.

I ricercatori non hanno soltanto dimostrato la possibilità di avvertire un sisma grazie a cavi in fibra ottica sottomarini, ma anche di individuare in tempi brevissimi la posizione dell’epicentro, con una precisione inferiore al chilometro, incrociando i segnali trasportati da almeno due fibre ottiche.

Con quale sensibilità? Su un tratto di fibra ottica di circa 100 km come quello tra Sicilia e Malta è possibile “vedere” con la tecnica a laser ultrastabile uno spostamento della fibra, dovuto alla deformazione della crosta terrestre, pari a un decimo di milionesimo di metro cioè alle dimensioni di un atomo.

Finora la misurazione dei terremoti sottomarini è stata affidata a sistemi di misura puntiformi, sismografi di fondale posizionati in zone considerate più a rischio o più interessanti da studiare dai geologi, per esempio in presenza di dorsali vulcaniche.

Esiste anche una tecnologia basata sulla fibra ottica, e denominata DAS (Distributed Acoustic Sensing), sviluppata nel settore Oil & Gas, ma dimostratasi efficace soltanto su distanze limitate, inferiori ai 100 km. Il sistema studiato e proposto dallo studio, basato sul laser ultrastabile, supererebbe i limiti di entrambe le tecnologie, perché aumenterebbe a dismisura i punti di misurazione e consente di trasferire i segnali su grandi distanze.

“L’idea di misurare il rumore sottomarino – dice Calonico – ci è venuta perché da anni sviluppiamo tecniche su fibra ottica che mettono l’Italia all’avanguardia del mondo. Parliamo di una dorsale in fibra ottica di 1.800 chilometri che parte da Torino, arriva all’osservatorio radioastronomico dell’INAF a Medicina (Bologna), e poi raggiunge i laboratori del CNR a Firenze e Napoli, passando per Roma e per il Centro di Geodesia dell’Agenzia Spaziale a Matera”.

Quale, in definitiva, l’idea dietro allo studio? “Crediamo – dice ancora Calonico – che, dopo questa dimostrazione, si possa ragionare sull’idea di realizzare delle reti sismografiche marine che usano le fibre ottiche già esistenti come elemento sensibile”.

I vantaggi, in prospettiva, sarebbero molti. Intanto allargare a orizzonti finora inesplorati l’indagine sui terremoti sottomarini per accrescere anche la conoscenze della dinamiche interne del nostro pianeta. E poi avere anche a disposizione uno strumento di avvertimento precoce, immediato, sulla possibile formazione di tsunami in seguito a sismi in zone oceaniche, non coperte dalla normale rete di sismografi.