Sicilská Etna, tyčící se do výšky 3 357 metrů, je jednou z nejdůkladněji monitorovaných sopek na naší planetě. Na svazích nejaktivnějšího evropského vulkánu, který často chrlí lávu a obrovské chuchvalce suti, jsou rozmístěny stovky senzorů. Jejich cílem je včas upozornit na sopečnou aktivitu, jež uzemňuje letadla a obecně znepříjemňuje život lidem žijícím v jeho stínu.
Nyní vědci sledují Etnu pomocí nového neobvyklého monitorovacího zařízení: optických kabelů. Koncem března v odborném časopise Nature Communications popsali, jak pomocí techniky známé jako distribuované akustické snímání (DAS) zachytili seismické signály, které běžné senzory přehlédly.
Na sopku dohlížejí optické kabely
Objev by mohl pomoci zlepšit systém včasného varování, na který spoléhají obyvatelé okolních částí Itálie. Časem by DAS mohl pomáhat i v dalších lokalitách, neboť miliony lidí po celém světě jsou vydány na milost a nemilost aktivním sopkám, které způsobují různé komplikace.
Optická vlákna fungují tak, že přenášejí signály z jednoho bodu do druhého jako světelné impulsy. Pokud je kabel narušen – například zemětřesením – malé množství světla se odrazí zpět ke zdroji. K měření tohoto jevu vědci používají „dotazovač“ („interrogator“), který skrz vlákna vypálí laserový paprsek a analyzuje, co se vrátí zpět.
Protože vědci znají rychlost světla, mohou určit narušení v různé vzdálenosti. Jednoduše řečeno: pokud se něco děje ve vzdálenosti 60 metrů, trvá odraženému světlu o něco déle, než se dostane k dotazovači, než když se něco stane ve vzdálenosti 50 metrů.
Citlivé měření
Tato měření jsou velmi citlivá. Na jaře roku 2020, v prvních dnech lockdownu způsobeného pandemií onemocnění covid-19, vědci z Pensylvánské státní univerzity použili optické vlákno zakopané v kampusu a pozorovali, jak se mění počet chodců a vozidel. Podle frekvence vibrací dokázali určit zdroj rušení: frekvence lidského kroku se pohybuje mezi 1 a 5 hertzy, zatímco frekvence jedoucího automobilu je 40 až 50 hertzů.
Nový výzkum se zaměřil na stejnou myšlenku, jen s tím rozdílem, že ji vědci implementovali na aktivní sopce. Protože telekomunikační společnosti nevedly na Etnu žádná optická vlákna, vykopali badatelé tři čtvrtě kilometru dlouhý příkop hluboký necelý metr a nedaleko okraje sopky zakopali kabel.
Kromě kabelu, rozděleného do dvou větví, jsou na sopce umístěné také konvenční senzory, jako jsou seismografy, které k detekci pohybu používají kyvadla, a geofony, jež převádějí pohyb země na elektrické signály. Vědci díky tomu mohli porovnat, jak různé techniky zachycují aktivitu.
Lepší než běžně používané senzory
„Pokud se samotný kabel řekněme prodlouží nebo stlačí, pak to vidíme na signálech,“ říká Charlotte Krawczyk, geoložka z Německého výzkumného centra pro geovědy a Technické univerzity v Berlíně a spoluautorka článku popisujícího tuto práci.
Kromě jedné menší erupce v září 2018, kterou zaznamenaly všechny monitorovací metody, zachytil optický kabel i další jevy, jež konvenční senzory buď přehlédly, nebo jen stěží rozpoznaly. Zaznamenal například událost, při níž sopka uvolňuje vodní páru a další plyny, jako je oxid uhličitý, a s ní související drobné otřesy.
„Jednou z hlavních výhod DAS, která bývá často přehlížena, je, že dokáže zachytit informace na mnoha frekvencích,“ říká geofyzik Ariel Lellouch, který tuto technologii používá na univerzitě v Tel Avivu, ale na studii se nepodílel. Naproti tomu infrazvukový senzor zachycuje pouze nízkofrekvenční zvuky. Navíc je DAS jednodušší na údržbu.
Zlepšení monitorování sopek
Podle Marca Aloisiho z italského Národního institutu geofyziky a vulkanologie by DAS mohl doplnit tradiční způsoby monitorování sopek. Protože v okolí Etny žije velké množství lidí, je pečlivě sledována a je zde umístěno přibližně 200 monitorovacích stanic. „Skutečnou výzvou je mít mnoho lidských zdrojů a spolehlivou technologii, která umožní nepřetržitý provoz celého systému,“ řekl Aloisi.
Autoři článku chtějí vyzkoušet kabely o délce mnoha kilometrů, a získat tak ještě více údajů. V budoucnu by mohli udělat okruh kolem celé sopky, čímž by získali data z celého okolí, jež by mohla přispět k dalšímu zdokonalení systémů včasného varování.
Čím dříve přijde varování, tím více času budou mít lidé na evakuaci a tím více životů bude možné zachránit. „Hlavním smyslem je prodloužit tuto dobu, abychom varovali lidi a pomohli jim dostat se pryč,“ říká Krawczyk. „Pokud lépe pochopíme, jaké procesy by mohly být předzvěstí a co by mohlo být novým parametrem pro varování, mohlo by to být neuvěřitelné nové poznání.“
