Καλώδιο οπτικών ινών 500 μέτρων «ακούει» τον βυθό σε Μήλο και Κολούμπο

Περίπου 500 μέτρα καλωδίου οπτικών ινών μετατρέπονται σε πρωτοποριακό υποθαλάσσιο «αυτί». Μέσω αυτού παρακολουθείται η ηφαιστειακή και υδροθερμική δραστηριότητα κάτω από τη θάλασσα, ώστε να αποκαλυφθούν αθέατες διεργασίες σε δύο μοναδικά φυσικά εργαστήρια, τη Μήλο και τη Σαντορίνη.

Τις ημέρες αυτές το καλώδιο ποντίζεται στον Κολούμπο, στο πλαίσιο της ωκεανογραφικής αποστολής «HYDROSENSE». Συμμετέχει διεθνής επιστημονική ομάδα, με ερευνητές από το Εργαστήριο Φυσικής Γεωγραφίας του Τμήματος Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος του ΕΚΠΑ, το ερευνητικό ινστιτούτο της Καλιφόρνιας «Monterey Bay Aquarium Research Institute» (MBARI) και το Εθνικό Ερευνητικό Συμβούλιο της Ιταλίας (Consiglio Nazionale delle Ricerche, CNR). Οι εργασίες γίνονται με το ερευνητικό σκάφος «Gaia Blu» του CNR.

Ο Κολούμπος δεν επιλέχθηκε τυχαία. Το υποθαλάσσιο ηφαίστειο βορειοανατολικά της Σαντορίνης είναι ταυτόχρονα πεδίο υψηλής προτεραιότητας για την παρακολούθηση γεωκινδύνων και μοναδικό φυσικό εργαστήριο δοκιμής τεχνολογιών αιχμής. Στις αρχές του 2025 εκδηλώθηκε έντονη ηφαιστειοτεκτονική και μαγματική κρίση που κράτησε έναν μήνα, ενώ η σεισμικότητα μετατοπίστηκε γρήγορα βορειοανατολικά του Κολούμπου, προς τη νησίδα Άνυδρο. Στην κρίση καταγράφηκαν πάνω από 30.000 σεισμοί. Τα φαινόμενα έδειξαν τόσο τον υψηλό κίνδυνο του υποθαλάσσιου ηφαιστείου όσο και την άμεση ανάγκη να ενισχυθούν και να αναβαθμιστούν οι υποδομές υποθαλάσσιας παρακολούθησης στην περιοχή.

Η σεισμολογική και γεωδυναμική μελέτη της περιοχής έχει προχωρήσει σημαντικά, όμως μένουν κρίσιμα επιστημονικά κενά. Το χερσαίο σεισμικό δίκτυο δεν εντοπίζει ασθενή ακουστικά σήματα από μικροσεισμικές εξάρσεις, ενώ η γνώση για τις υποθαλάσσιες διόδους ρευστών παραμένει περιορισμένη.

Από απλό καλώδιο σε συστοιχία αισθητήρων

Στην αποστολή εφαρμόζεται η πρωτοποριακή τεχνολογία Κατανεμημένης Ακουστικής Ανίχνευσης (Distributed Acoustic Sensing, DAS). Αφού ποντιστεί το καλώδιο οπτικών ινών, το σύστημα DAS εκπέμπει παλμούς λέιζερ μέσα στην ίνα και μετρά τις ελάχιστες μεταβολές του φωτός που ανακλάται. Με τον τρόπο αυτό εντοπίζει δονήσεις και ακουστικές διαταραχές σε εκατοντάδες σημεία σε όλο το μήκος του. Στην πράξη, ένα απλό καλώδιο λειτουργεί ως εκτεταμένη υποθαλάσσια συστοιχία αισθητήρων. Οι αισθητήρες βρίσκονται σε μικρή απόσταση μεταξύ τους και μπορούν να συλλαμβάνουν ανεπαίσθητες δονήσεις.

Το πείραμα επιχειρεί να δείξει αν ο ήχος των φυσαλίδων που ξεφεύγουν από τον βυθό αποκαλύπτει πόσο αέριο εκλύεται και πώς η ποσότητα αυτή αλλάζει στον χρόνο. Καθώς οι φυσαλίδες σχηματίζονται και ανεβαίνουν, παράγουν ακουστικές και μηχανικές διαταραχές.

Για να ελεγχθεί τι ακριβώς πιάνει το καλώδιο, γύρω από τις εκλύσεις στήνεται μικρό δίκτυο ανεξάρτητων οργάνων, συμπληρωματικών ως προς τη λειτουργία του συστήματος. Περιλαμβάνει υποθαλάσσια στερεοσκοπική κάμερα, που καταγράφει απευθείας τις φυσαλίδες και μπορεί να ποσοτικοποιήσει τα χαρακτηριστικά τους, αισθητήρες θερμοκρασίας για τις θερμικές μεταβολές και υδρόφωνο που καταγράφει τον ήχο του αερίου που διαφεύγει.

Οι επιστήμονες εξετάζουν αν μπορούν να αναγνωρίσουν ήχους και δονήσεις από φυσαλίδες αερίου που διαφέρουν μεταξύ τους, να τις ξεχωρίσουν από άλλους υποβρύχιους θορύβους και να διαπιστώσουν αν οι εκπομπές αερίων μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου. Οι μετρήσεις μπορούν να βοηθήσουν στην καλύτερη κατανόηση της συμπεριφοράς και της εξέλιξης των υδροθερμικών και ηφαιστειακών συστημάτων και, ενδεχομένως, στην ανάπτυξη συστημάτων έγκαιρης προειδοποίησης για υποθαλάσσια ηφαιστειακή δραστηριότητα.

Με την ολοκλήρωση της ωκεανογραφικής αποστολής το καλώδιο θα ανασυρθεί. Αν η μέθοδος αποδειχθεί αποτελεσματική, θα μπορούσε να επιτρέψει συνεχή παρακολούθηση της υδροθερμικής δραστηριότητας σε μεγάλες εκτάσεις και για μεγάλα χρονικά διαστήματα.

Η πρώτη φάση του πειράματος στη Μήλο

Η αξιοποίηση του καλωδίου οπτικών ινών ως υποθαλάσσιου «αυτιού» δοκιμάστηκε στην πρώτη φάση του πειράματος, που πραγματοποιήθηκε στη Μήλο.

Η Μήλος ανήκει στο ενεργό ηφαιστειακό τόξο του νοτίου Αιγαίου. Εκεί βρίσκεται ένα από τα μεγαλύτερα γνωστά ρηχά υποθαλάσσια γεωθερμικά συστήματα στον κόσμο. Στο υδροθερμικό σύστημα του νησιού το θαλασσινό νερό εισχωρεί σε διαπερατά ιζήματα και ρωγματωμένα πετρώματα, θερμαίνεται σε βάθος και επιστρέφει στον πυθμένα, μεταφέροντας διαλυμένα χημικά στοιχεία και αέρια.

Το νησί πρόσφερε ιδανικές συνθήκες για την εφαρμογή της τεχνολογίας. Ο Άαρον Μικάλεφ, επικεφαλής ερευνητής στο Εργαστήριο «Seafloor Processes Lab» του MBARI, ο οποίος μελετά τις διεργασίες στον πυθμένα της θάλασσας με καινοτόμες τεχνολογίες παρακολούθησης, εξήγησε στο ΑΠΕ-ΜΠΕ ότι οι υδροθερμικές πηγές βρίσκονται σε ρηχά νερά, πολύ κοντά στην ακτή. Έτσι η ομάδα μπόρεσε να εγκαταστήσει το όργανο ανίχνευσης λέιζερ σε προστατευμένη θέση στην ξηρά. Με τη βοήθεια ντόπιων δυτών πόντισαν περίπου 500 μέτρα καλωδίου οπτικών ινών στον πυθμένα, τοποθετώντας το προσεκτικά κοντά σε γνωστές θέσεις εκπομπής αερίων. Όπως ανέφερε, αυτό τους έδωσε σημαντικό έλεγχο πάνω στο πείραμα.

Παράλληλα με το πείραμα των οπτικών ινών, στη Μήλο χρησιμοποιήθηκε και το αυτόνομο υποθαλάσσιο ρομπότ «MOLA AUV», που ανέπτυξε το εργαστήριο «CoMPAS Lab» του MBARI. Με αυτό χαρτογραφούνται, σε υψηλή ανάλυση και σε τρεις διαστάσεις, περιοχές του πυθμένα που ως σήμερα ήταν δύσκολο να μελετηθούν. Οι καταγραφές του θα συμβάλουν στη δημιουργία τρισδιάστατων χαρτών, αποτυπώνοντας τις υδροθερμικές δομές, τις εκλύσεις αερίων, τους βακτηριακούς τάπητες και τις ορυκτές αποθέσεις στον πυθμένα.

Πιο απαιτητική η πόντιση στον κρατήρα του Κολούμπου

Για τους ερευνητές, το πέρασμα από τη Μήλο στον Κολούμπο αποτελεί τεχνικό και επιστημονικό στοίχημα. Ο κ. Μικάλεφ αναφέρει ότι ο Κολούμπος παρουσιάζει πολύ διαφορετική και, ενδεχομένως, ακόμη πιο συναρπαστική επιστημονική πρόκληση. Εκεί η υδροθερμική δραστηριότητα εκδηλώνεται μέσα σε ενεργό υποθαλάσσιο ηφαιστειακό σύστημα, όπου αλληλεπιδρούν μαγματικές διεργασίες, κινήσεις ρηγμάτων και κυκλοφορία ρευστών. Η ανίχνευση μέσω οπτικών ινών θα μπορούσε, δυνητικά, να επιτρέψει τη διερεύνηση αρκετών από αυτές τις διεργασίες ταυτόχρονα. Το πείραμα, όμως, είναι και τεχνικά πολύ πιο απαιτητικό. Σχεδιάζεται η πόντιση περίπου 500 μέτρων καλωδίου από το ερευνητικό σκάφος μέσα στον ηφαιστειακό κρατήρα, σε βάθη που πλησιάζουν τα 500 μέτρα. Σε αντίθεση με τη Μήλο, δεν μπορούν να βασιστούν σε δύτες για την τοποθέτηση του καλωδίου, ενώ το απότομο και περίπλοκο ηφαιστειακό ανάγλυφο καθιστά την ακριβή πόντιση σημαντικά δυσκολότερη. Γι’ αυτό θα χρησιμοποιηθεί ειδικό σύστημα πόντισης, με υποστήριξη από υποβρύχιες ρομποτικές παρατηρήσεις (MiniROV).

Το τηλεχειριζόμενο υποβρύχιο όχημα (MiniROV) είναι εξοπλισμένο με προηγμένους αισθητήρες που αναπτύχθηκαν από το εργαστήριο CoMPAS του MBARI. Με αυτούς οι επιστήμονες θα χαρτογραφήσουν περίπλοκες γεωλογικές δομές και υδροθερμικά χαρακτηριστικά σε τρεις διαστάσεις και με πολύ υψηλή ανάλυση, αποκαλύπτοντας λεπτομέρειες που οι συμβατικές έρευνες από σκάφος δεν μπορούν να εντοπίσουν.

Επιστημονικό άλμα χαρακτηρίζεται η τεχνολογία DAS

Η καθηγήτρια Γεωλογικής Ωκεανογραφίας του ΕΚΠΑ, Εύη Νομικού, χαρακτηρίζει την εισαγωγή της τεχνολογίας DAS στο υποθαλάσσιο ηφαίστειο του Κολούμπου και στο υδροθερμικό πεδίο της Μήλου πραγματικό επιστημονικό άλμα για την υποθαλάσσια ηφαιστειολογία και ωκεανογραφία στο Αιγαίο.

Όπως εξηγεί στο ΑΠΕ-ΜΠΕ, η μετατροπή ενός οπτικού καλωδίου σε πυκνό δίκτυο χιλιάδων εικονικών αισθητήρων στον βυθό δίνει πλέον τη δυνατότητα να «ακούγονται» και να αποτυπώνονται με πρωτοφανή ακρίβεια διεργασίες που ως σήμερα έμεναν «αθέατες» για τα χερσαία σεισμολογικά δίκτυα. Η στενή συνεργασία με το κορυφαίο αμερικανικό ερευνητικό ινστιτούτο MBARI είναι καθοριστικής σημασίας, καθώς μεταφέρει τεχνογνωσία και τεχνολογίες αιχμής στο νότιο Αιγαίο.

Η κ. Νομικού υπογραμμίζει ότι η πρόσφατη σεισμοηφαιστειακή κρίση των αρχών του 2025 στον Κολούμπο κατέστησε σαφές πως η αδιάλειπτη υποθαλάσσια παρακολούθηση αποτελεί ζήτημα εθνικής σημασίας. Η πόντιση του οπτικού καλωδίου διαμέσου του κρατήρα και η σύνδεσή του με το σύστημα Geo-Sense επιτρέπει πλέον την αποκωδικοποίηση των ελάχιστων πρόδρομων σημάτων στον βυθό. Καταγράφονται ο υποθαλάσσιος σεισμικός βόμβος (tremor), οι μικροσεισμικές εξάρσεις και η γεωμετρία των διόδων ρευστών, ενώ χαρτογραφείται και ο τρόπος με τον οποίο η υδροθερμική δραστηριότητα συνδέεται με τις μοναδικές μικροβιακές κοινότητες του πυθμένα.

Η κ. Νομικού θέτει ως επιτακτική ανάγκη την επανατοποθέτηση όλων των οργάνων του υποθαλάσσιου ηφαιστειακού παρατηρητηρίου SANTORY στον Κολούμπο, με κρατική επιχορήγηση και στήριξη από τον δήμο Θήρας. Η αδιάλειπτη, μόνιμη παρακολούθηση του βυθού δεν μπορεί να στηρίζεται μόνο σε περιοδικά ερευνητικά προγράμματα. Χρειάζεται σταθερή θεσμική και οικονομική υποστήριξη για την ασφάλεια της Σαντορίνης και του νοτίου Αιγαίου.

Μείνετε σε επαφή μαζί μας:
Κάντε like κι ακολουθήστε τη σελίδα μας στο Facebook
Στο Twitter: Follow