海底インターネットケーブルが地震と津波の警報システムとして活用される可能性
「海底用光ファイバーケーブル利用プロジェクト（FOCUS）」は、既存の光ファイバーケーブルを使用して、地殻変動による海底の小さな動きを検出する方法を実証しました。このプロジェクトの目的は、断層活動の理解を深め、それに伴う地震の可能性をよりよく把握することです。
このプロジェクトの主な研究対象は、シチリア島カターニアから約30km離れた地中海の海底にある最近マッピングされた断層です。この断層は、ヨーロッパで最も高く活発な火山であるエトナ山のふもとに位置し、特に地震を引き起こしやすい「横ずれ断層」と呼ばれる垂直断層です。
この場所は重要です。東シチリアとカターニアは、過去数世紀にわたり複数の壊滅的な地震に見舞われてきました。1908年のメッシーナ地震（マグニチュード7.2）と津波では72,000人が犠牲になり、1693年のカターニア地震（推定マグニチュード7.5、イタリア史上最強の地震）では約60,000人が死亡し、カターニアの大部分の建物が破壊されました。
INFN-LNSは、海底ケーブル観測所を運営しています。この観測所は、同研究所のニュートリノ望遠鏡の試験サイトとして設計され、29kmの電気光学ケーブルの南側の分岐は、最近マッピングされた「横ずれ断層」からわずか2.5kmの場所に終端しています。
FOCUSプロジェクトは、新たにマッピングされた断層に特別に設計されたストレインケーブルを展開することで、地殻変動を検出することを目指しました。どんなに小さな動きでもケーブルを引っ張り、内部の光ファイバーを伸ばします。これを、光ファイバーにレーザー光を送ることで検出します。
海底ケーブル
2020年10月、私のチームと私はシチリア近くのINFN-LNSサイトで、フランスの研究船「プールクワパ？」を使用して初の海洋探査を行いました。まず、特別に設計された6kmのストレインケーブル（海底通信ケーブルに似ていますが、特別なセンサー繊維を含む）を海底観測所に接続しました。このケーブルは水中犁を使用して海底約20cmに埋められ、断層を1kmごとに4か所で横切りました。
また、断層の両側に4つずつ、合計8つの音響ビーコンを配置しました。これは、断層の動きを独立して測定するためで、ビーコン間の基線の変化が動きの存在を確認します。
レーザー光は、研究サイトの29kmの電気光学ケーブルを介して、FOCUSストレインケーブルに2時間ごとに送信されました。このケーブルにはファイバー内に3重ループがあり、光が3回往復することで光路長が合計47kmとなります。
誤報がシステムの有効性を示す
2020年11月、FOCUS光ファイバーケーブルに自然な乱れが検出され、最初の断層横断で約1.5cmの伸びを示しました。最初は断層が動いたかのように見えましたが、音響ビーコンには変化がありませんでした。
FOCUSケーブルのタイトファイバーでの21か月間のBOTDR観測では、毎月1つの曲線がありました。2020年11月の地滑りの疑いと、2021年9月のバッグドロップ信号が明確に見えます。伸びが予想される最初と3番目の断層横断は緑の線で示されています。
2回目のケーブルの乱れは2021年9月に発生しましたが、今回は原因が明確です。私は無人潜水艦を使用して、十分に埋められていないケーブルの部分や不均一な地形に横たわっている部分に重り袋を置く作業を指揮しました。
約100個の重り袋（各25kg）がケーブルの上に4か所に置かれ、ケーブルを柔らかい泥に押し込み、内部のファイバーを伸ばしました。FOCUSケーブルの特別なタイトファイバーは、通信業界で使用される標準的なルーズファイバーよりも感度が高く、非常に強い信号を示しました。
これら2つの読み取りは地殻変動を示しませんでしたが、海底ケーブルが海底を詳細に監視するのに役立つことを明確に示しました。
商業ケーブル
FOCUSプロジェクトの第二の研究エリアは、グアドループ諸島を結ぶ商業通信ケーブルのネットワークでした。2022年から2024年の3年間、私はIDILファイバーオプティックスのパートナーとともに、道路脇の接続ボックスから3〜6か月間隔でBOTDR測定を行いました。
グアドループ諸島は、海底通信ケーブルで接続されています。
また、棚の切れ目、海底峡谷、嵐や強い海流にさらされる島々の狭い海峡など、特定の地理的な場所で通信ケーブルに強い機械的ストレインを観測しました。
グアドループでの研究結果は、カターニアサイトで使用されるより専門的なケーブルに対して、商業ケーブルからの測定の正確性と感度を確認しました。これらは、ケーブルへの機械的な乱れ（自然または人為的）を検出し、長期的な環境モニタリングを行うための潜在的な利用を強調しました。
【用語解説】
– FOCUS（海底用光ファイバーケーブル利用プロジェクト）：海底の地殻変動を光ファイバーケーブルで検出するプロジェクト。
– 横ずれ断層：地殻の垂直断層で、特に地震を引き起こしやすい。
– BOTDR（分布型光ファイバーテンシル測定）：光ファイバーを利用してストレイン（ひずみ）を測定する技術。