Как оптоволокно прогнозирует стихийные бедствия в горах

Оптоволоконные кабели, которые обычно используются для подключения к сети Интернет и телефонной связи, могут, как оказалось, помогать предсказывать опасные явления, такие как ледниковые обвалы или оползни. Wojciech Gajek

Оптоволоконные кабели, которые обычно используются для подключения к сети Интернет и для телефонной связи, могут, как оказалось, ещё и помогать предсказывать опасные явления, такие как ледниковые обвалы или оползни. Исследовательские проекты, реализуемые в Швейцарии, предоставят скоро новые возможности в плане совершенствования мониторинга ситуации в горах и предсказания природных катастроф.

Обрушение в конце мая 2025 года ледника Берч в Швейцарских Альпах стало темой для СМИ по всему миру. Это было одно из самых разрушительных стихийных бедствий в новейшей истории Швейцарии (об этом мы писали и информировали очень подробно). Подобные события считаются редкими явлениями, однако на деле они происходят куда чаще, чем предполагалосьВнешняя ссылка еще совсем недавно. К такому выводу пришли учёные, проанализировав данные о прошлых сходах ледников в Андах, на Кавказе и в других горных регионах мира.

На этом видео зафикирован момент схода лавины в деревне Блаттен.

Пока невозможно точно предсказать, где и когда может произойти такое обрушение, но некоторые факторы, например крутизна склона ледника, могут указывать на ту или иную степень вероятности его скорого падения в долину. Сходы ледников, горные оползни и селевые потоки могут возникать по разным причинам. Чаще всего эти причины связаны с особенностями строения горных пород и рельефа местности. Свою роль играет и изменение климата: повышение средней температуры атмосферы ускоряет процесс таяния ледников, что способствует эрозии склонов, делающей горные склоны менее стабильными.

Оптоволокно подо льдом: как это работает

Сегодня учёные с целью мониторинга состояния ледников власти и ученые используют спутниковые снимки, видеокамеры и радиолокаторы. Именно эти технологии и позволили отслеживать состояние ледника Берч перед его обрушением и вовремя эвакуировать население деревни Блаттен. Однако все эти методы не дают глубинного понимания процессов, происходящих внутри ледникового массива. Исследователи из Швейцарии и других горных регионов мира считают, что недавно ими было найдено очень перспективное решение — оптоволоконные кабелиВнешняя ссылка.

Также по теме:

«Они позволяют нам регистрировать даже крайне слабые сейсмические импульсы, которые невозможно зафиксировать другими способами. Это может существенно повысить прогностическую точность систем наблюдения за ледниками», — говорит Томас Хадсон (Thomas Hudson), сейсмолог Высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich). Недавно он представил результаты своих экспериментов на конференции Американского сейсмологического общества (Seismological Society of America).

Томасу Хадсону удавалось на одном и том же леднике фиксировать до одной тысячи сейсмических колебаний в сутки. Пока что учёные не могут точно сказать, означает ли такая активность приближение обрушения ледника или же это обычный фоновый уровень, характерный для повседневной «жизни» ледников. Для этого требуются дополнительные измеренияВнешняя ссылка и длительные наблюдения. Так или иначе, в будущем, когда будет накоплено больше эмпирических данных, эти колебания могут стать важным индикатором процессов, происходящих внутри ледника. «Резкое увеличение сейсмической активности может быть признаком надвигающегося обрушения масс льда. Такие сигналы невозможно обнаружить другими методами. Кроме того, с помощью оптоволоконных кабелей можно будет получать информацию о структуре и составе льда глетчеров», — уточняет Томас Хадсон.

Новые возможности мониторинга

В отличие от классических сейсмодатчиков, устанавливаемых только на отдельных точках на поверхности глетчера, оптоволоконные кабели можно прокладывать на больших участках ледников и горных склонов, включая даже труднодоступные районы. По словам Фабиана Вальтера (Fabian Walter), специалиста Федерального научно-исследовательского института леса, снега и ландшафта Швейцарии (WSL), именно это и делает данную технологию столь перспективной в плане мониторинга состояния ледников.

Технология распределённых акустических измерений уже давно применяется для регистрации землетрясений и вулканической активности на морском дне. Connect Images / Andrew Brookes

Фабиан Вальтер стал одним из первых, кто применил оптоволоконные кабели с такой целью. В 2019 году ему удалось зафиксировать новые типы сейсмических волн на Ронском леднике в Швейцарии. Данная технология показала себя очень эффективной в смысле точности и качества отслеживания процессов, идущих внутри ледникового массива. Перспективность этого подхода подтверждает и Андреас Макс Кэб (Andreas Max Kääb), профессор физической географии и гидрологии из Университета Осло (University of Oslo). Он является автором исследований о сходах крупных горных ледниковых масс.

«Это определённо хорошая идея. Усиление вибраций часто сопровождает ускорение темпа продвижения ледников по горным склонам», — говорит он. Следующий шаг, по его словам — научиться правильно интерпретировать сигналы, регистрируемые с помощью оптоволоконных измерений. Использование оптоволоконных кабелей для фиксации сейсмической активности не является принципиально новым подходом. Технология распределённых акустических измерений уже давно применяется для регистрации землетрясений и вулканической активности на морском дне.

В отличие от классических сейсмодатчиков, устанавливаемых только на отдельных точках на поверхности глетчера, оптоволоконные кабели можно прокладывать на больших участках ледников и горных склонов, включая даже труднодоступные районы. Google Earth / ETHZ

Эта технология (DAS или Distributed Acoustic Sensing) превращает оптоволоконный кабель в непрерывный датчик, способный регистрировать вибрации и акустические сигналы вдоль всей своей протяжённости. Система анализирует отражённые лазерные импульсы внутри кабеля и фиксирует изменения, вызванные внешними воздействиями. Метод DAS, что важно, позволяет использовать существующие оптоволоконные линии без необходимости установки специальных датчиков. Однако лишь в последние годы этот метод стал использоваться и для мониторинга и предсказания таких процессов, как снежные лавины или обвалы горных пород. В этом смысле Швейцария является одной из стран-первопроходцев.

Оптоволокно как инструмент раннего предупреждения

В 2022 году в Швейцарии впервые применили оптоволоконные кабели с целью мониторинга лавинной ситуации. В 2023 году они позволили зафиксировать мелкие обвалы горных пород, которые предшествовали крупному оползню в районе деревни Бриенц в кантоне Граубюнден. Исследования в Швейцарии и других странах сосредоточены на мониторинге и селевых потоков — одного из наиболее опасных и разрушительных природных явлений. Фабиан Вальтер подчёркивает, что миллионы километров оптоволоконных кабелей уже проложены вдоль автомобильных дорог, железных дорог и вблизи других объектов инфраструктуры.

По его словам, для использования их в системе мониторинга достаточно подключить измерительное устройство к одному из неиспользуемых волокон — так называемому «тёмному волокну». Такое устройство будет посылать лазерные импульсы по всему кабелю, превращая его в систему раннего обнаружения, способную контролировать десятки километров территории. В отличие от радаров, которые охватывают лишь отдельные участки, оптоволоконные кабели позволяют фиксировать движение пород и льда по всей долине кабеля. Это особенно полезно в районах, где конкретные опасные зоны пока ещё не выявлены.

«Наши измерения показывают: достаточно, чтобы кабель проходил на расстоянии не более одного километра от потенциально опасного склона», — поясняет Фабиан Вальтер. Сегодня задача учёных — разработать систему, основанную на технологиях искусственного интеллекта, которая сможет автоматически отличать опасные сигналы, например, вызванные движением горных пород, от безобидных колебаний, например, вызванных шагами животных. Если такая система зафиксирует серьёзное движение, которое может привести к обрушению ледника или оползню, она сможет заранее подать предупреждающий сигнал, давая людям время для эвакуации.

Оптоволоконные кабели не заменят другие методы мониторинга, такие как спутниковые наблюдения и радары, но они будут их эффективно дополнять. Nayan Gurung / WSL

Оптоволоконные кабели относительно недороги и требуют минимальных затрат на их обслуживание. На это указывает и Мадхубхашита Херат (Madhubhashitha Herath) из Университета Ува Веласса, Шри-Ланка (Uva Wellassa University). Он является автором научного обзора о применении этой технологии с целью мониторинга природных угроз. «Эта технология подходит как для промышленно развитых стран, так и для развивающихся регионов мира», — подчёркивает он. По мнению Томаса Хадсона, однако, каждая такая системы измерений потребует калибровки, ведь, как подчёркивает учёный, «каждый ледник уникален».

Исследователи пока не знают, сколько именно трещин должно появиться в леднике, чтобы его обрушение стало вероятным или даже неизбежным. По словам Томаса Хадсона, оптоволоконные кабели не заменят другие методы мониторинга, такие как спутниковые наблюдения и радары, но они будут их эффективно дополнять. «Если объединить данные о процессах на поверхности и внутри ледника, то мы сможем значительно повысить точность прогнозов», — заключает он.

Русскоязычная оригинальная версия материала создана, адаптирована и отредактирована русскоязычной редакцией Swissinfo / ип / нк / ап.

Кроме того: