Nowe wnioski: Światłowody jako wczesne ostrzeżenie przed zagrożeniem osuwiskowym

W nocy z 15 na 16 czerwca 2023 roku w dolinie koło Brienz w centralnej doszło do, podczas którego w dół doliny runęło około 1,2 miliona metrów sześciennych skał. Zespół naukowców ze Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Badań Lasów, Śniegu i Krajobrazu oraz ETH Zürich monitorował to wydarzenie w niecodzienny sposób – za pomocą światłowodów. Wykorzystanie światłowodów do monitorowania naturalnych zagrożeń może brzmieć nietypowo, ale metoda ta, zwana dystrybuowanym snujeniem akustycznym (DAS, z ang. Distributed Acoustic Sensing), okazuje się innowacyjna.

Osunięcia gruntu powodują mikroszczeliny, co pozwala na precyzyjne pomiary tych deformacji w czasie rzeczywistym, a nawet na zidentyfikowanie nadchodzących osunięć. Ponieważ światłowody mogą mieć długość dziesiątek kilometrów, metoda DAS jest z punktu widzenia naukowców niezwykle przydatna w monitorowaniu podobnych zagrożeń na odległość.

Wykorzystanie istniejącej infrastruktury

Aby skorzystać z tej metody, naukowcy potrzebują tzw. nieaktywnego włókna w kablu telekomunikacyjnym. Do takiego włókna podłączają urządzenie zwane interrogatorem, które wysyła impulsy laserowe przez światłowód. Jeśli światłowód zostanie minimalnie odkształcony, sygnał jest odbierany. Metoda ta może być stosowana wszędzie tam, gdzie kable światłowodowe zakopano w ziemi – na przykład wzdłuż linii kolejowych.

Zespół naukowców kierowany przez sejsmologa Fabiana Waltera, już wcześniej skutecznie monitorował lawiny śnieżne za pomocą tej technologii. Ruchy skał w Brienz stanowiły jednak unikalną okazję do przetestowania tej metody w kontekście osuwisk.

Testy w Brienz

Przez 45 dni naukowcy wysyłali przez światłowód w Brienz sygnały, aż do osunięcia gruntu w nocy z 15 na 16 czerwca. „Pomiar przerósł nasze oczekiwania” – przyznał Walter. Badacze mówią, że przed głównym osuwiskiem, widocznym gołym okiem, udało im się zmierzyć także mikroosunięcia, które zwiastowały nadchodzące zjawisko.

Przed nami wciąż wiele wyzwań

Największym wyzwaniem przy wykrywaniu osuwisk za pomocą światłowodów jest m.in. odróżnienie ich od wibracji powodowanych przez pociągi czy ruch drogowy. W tym celu doktorantka WSL Jiahui Kang opracowała specjalny algorytm, który automatycznie rozpoznaje odpowiednie sygnały. Algorytm ten był w stanie odfiltrować szumy, co potwierdzają wyniki opublikowane w czasopiśmie.

Mimo obiecujących wyników metoda światłowodowa ma jeszcze kilka innych przeszkód do pokonania. Transfer danych może wynosić do kilku terabajtów dziennie – co stanowi ogromne wyzwanie dla analizy w czasie rzeczywistym. Bardzo drogie są także interrogatory – ich ceny osiągają często nawet ponad 100 tys. franków szwajcarskich (niemal 0,5 mln złotych). Według badaczy, na upowszechnienie tej technologii przyjdzie nam poczekać jeszcze kilka lat.

Metoda ta ma potencjał do monitorowania osuwisk, lawin, trzęsień ziemi i spływów gruzowych z wysoką precyzją i tym samym otwiera drogę do powstania udoskonalonych metod ostrzegania przed tymi zjawiskami. Potrzebna jest jedynie sieć światłowodowa – a ta stale rozprzestrzenia się po całym świecie.