Ένα καλώδιο οπτικών ινών, μήκους περίπου 500 μέτρων, μετατρέπεται σε ένα πρωτοποριακό υποθαλάσσιο «αυτί» για να παρακολουθήσει την υποθαλάσσια ηφαιστειακή και υδροθερμική δραστηριότητα και να αποκαλύψει αθέατες διεργασίες σε δύο μοναδικά φυσικά εργαστήρια, τη Μήλο και τη Σαντορίνη.
Η πόντιση του καλωδίου γίνεται αυτές τις ημέρες στον Κολούμπο στο πλαίσιο της ωκεανογραφικής αποστολής «HYDROSENSE», η οποία ενώνει μια διεθνή 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). Η αποστολή πραγματοποιείται με το ερευνητικό σκάφος «Gaia Blu» του CNR.
Η επιλογή του Κολούμπου δεν είναι τυχαία. Το υποθαλάσσιο ηφαίστειο στα βορειοανατολικά της Σαντορίνης αποτελεί ταυτόχρονα πεδίο υψηλής προτεραιότητας για την παρακολούθηση γεωκινδύνων και ένα μοναδικό φυσικό εργαστήριο για τη δοκιμή τεχνολογιών αιχμής. Στις αρχές του 2025, εκδηλώθηκε έντονη ηφαιστειο-τεκτονική και μαγματική κρίση διάρκειας ενός μηνός, με ταχεία μετατόπιση της σεισμικότητας βορειοανατολικά του Κολούμπου προς τη νησίδα Άνυδρο. Κατά τη διάρκεια της κρίσης αυτής, καταγράφηκαν περισσότεροι από 30.000 σεισμοί. Τα φαινόμενα αυτά ανέδειξαν τόσο την υψηλή επικινδυνότητα του υποθαλάσσιου ηφαιστείου, όσο και την επιτακτική και άμεση αναγκαιότητα για την ενίσχυση και αναβάθμιση των υποδομών υποθαλάσσιας παρακολούθησης στην περιοχή.
Παρά τη σημαντική πρόοδο στη σεισμολογική και γεωδυναμική μελέτη της περιοχής, παραμένουν κρίσιμα επιστημονικά κενά, όπως η αδυναμία ανίχνευσης από το χερσαίο σεισμικό δίκτυο ασθενών ακουστικών σημάτων από μικροσεισμικές εξάρσεις και η περιορισμένη γνώση των υποθαλάσσιων διόδων ρευστών.
Πώς το καλώδιο μετατρέπεται σε πρωτοποριακό εργαλείο
Η ωκεανογραφική αποστολή εφαρμόζει την πρωτοποριακή τεχνολογία Κατανεμημένης Ακουστικής Ανίχνευσης (Distributed Acoustic Sensing - DAS). Ποντίζεται ένα καλώδιο οπτικών ινών και το σύστημα DAS στέλνει παλμούς λέιζερ μέσα στην οπτική ίνα και μετρά τις ελάχιστες μεταβολές του φωτός που ανακλώνται. Με αυτό τον τρόπο, ανιχνεύει δονήσεις και ακουστικές διαταραχές σε εκατοντάδες σημεία κατά μήκος του καλωδίου. Ένα απλό καλώδιο μετατρέπεται ουσιαστικά σε εκτεταμένη υποθαλάσσια συστοιχία αισθητήρων, που είναι τοποθετημένοι σε μικρή απόσταση μεταξύ τους και είναι ικανοί να ανιχνεύουν ανεπαίσθητες δονήσεις.
Ο στόχος του πειράματος είναι να διερευνηθεί αν ο ήχος των φυσαλίδων που διαφεύγουν από τον βυθό μπορεί να δείξει πόσο αέριο εκλύεται και πώς αυτό μεταβάλλεται στον χρόνο. Καθώς οι φυσαλίδες σχηματίζονται και ανεβαίνουν, παράγουν ακουστικές και μηχανικές διαταραχές.
Για να ελεγχθεί τι ακριβώς καταγράφει το καλώδιο, τοποθετείται γύρω από τις εκλύσεις ένα μικρό δίκτυο ανεξάρτητων οργάνων, συμπληρωματικών για τη λειτουργία του συστήματος: 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 διερευνούν αν μπορούν να αναγνωρίσουν τους ήχους και τις δονήσεις που προκαλούνται από τις φυσαλίδες αερίου που διαφέρουν, να τους διακρίνουν από άλλους υποβρύχιους θορύβους και να προσδιορίσουν αν οι εκπομπές αερίων μεταβάλλονται με την πάροδο του χρόνου. Οι μετρήσεις αυτές θα μπορούν να τους βοηθήσουν να κατανοήσουν καλύτερα τη συμπεριφορά και την εξέλιξη των υδροθερμικών και ηφαιστειακών συστημάτων, συμβάλλοντας ενδεχομένως στην ανάπτυξη συστημάτων έγκαιρης προειδοποίησης για υποθαλάσσια ηφαιστειακή δραστηριότητα.
Στο τέλος της ωκεανογραφικής αποστολής το καλώδιο θα ανασυρθεί, ωστόσο αν η μέθοδος αποδειχθεί αποτελεσματική, θα μπορούσε να επιτρέψει τη συνεχή παρακολούθηση της υδροθερμικής δραστηριότητας σε μεγάλες εκτάσεις και για μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Η πρώτη δοκιμή στη Μήλο
Η αξιοποίηση του καλωδίου οπτικών ινών ως υποθαλάσσιο «αυτί» δοκιμάστηκε κατά την πρώτη φάση του πειράματος, που διεξήχθη στη Μήλο.
Η Μήλος ανήκει στο ενεργό ηφαιστειακό τόξο του νοτίου Αιγαίου και φιλοξενεί ένα από τα μεγαλύτερα γνωστά ρηχά υποθαλάσσια γεωθερμικά συστήματα στον κόσμο. Στο υδροθερμικό σύστημα της Μήλου, το θαλασσινό νερό διεισδύει σε διαπερατά ιζήματα και ρωγματωμένα πετρώματα, θερμαίνεται σε βάθος και επιστρέφει στον πυθμένα, μεταφέροντας διαλυμένα χημικά στοιχεία και αέρια.
Η Μήλος προσέφερε ιδανικές συνθήκες για την εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας. Όπως εξηγεί στο ΑΠΕ-ΜΠΕ ο Άαρον Μικάλεφ, επικεφαλής ερευνητής στο Εργαστήριο «Seafloor Processes Lab» του MBARI, ο οποίος ασχολείται με την κατανόηση των διεργασιών στον πυθμένα της θάλασσας μέσω καινοτόμων τεχνολογιών παρακολούθησης, «οι υδροθερμικές πηγές εντοπίζονται σε ρηχά νερά, πολύ κοντά στην ακτή, γεγονός που μας επέτρεψε να εγκαταστήσουμε το όργανο ανίχνευσης λέιζερ σε μια προστατευμένη τοποθεσία στην ξηρά. Με τη βοήθεια ντόπιων δυτών, ποντίσαμε περίπου 500 μέτρα καλωδίου οπτικών ινών στον πυθμένα της θάλασσας, τοποθετώντας το προσεκτικά κοντά σε γνωστές θέσεις εκπομπής αερίων. Αυτό μας 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, για να χαρτογραφήσει περιοχές του πυθμένα που μέχρι σήμερα ήταν δύσκολο να μελετηθούν, σε υψηλή ανάλυση και σε τρεις διαστάσεις. Οι καταγραφές του θα συμβάλουν στη δημιουργία τρισδιάστατων χαρτών, αποτυπώνοντας τις υδροθερμικές δομές, τις ελκύσεις αερίων, τους βακτηριακούς τάπητες και τις ορυκτές αποθέσεις στον πυθμένα.
Η απαιτητική εφαρμογή στον κρατήρα του Κολούμπου
Η μετάβαση από τη Μήλο στον Κολούμπο αποτελεί για τους ερευνητές ένα τεχνικό και επιστημονικό στοίχημα. Ο Κολούμπος «παρουσιάζει μια πολύ διαφορετική και, ενδεχομένως, ακόμη πιο συναρπαστική επιστημονική πρόκληση», λέει χαρακτηριστικά ο κ. Μικάλεφ. «Εδώ, η υδροθερμική δραστηριότητα λαμβάνει χώρα εντός ενός ενεργού υποθαλάσσιου ηφαιστειακού συστήματος, όπου αλληλεπιδρούν μαγματικές διεργασίες, κινήσεις ρηγμάτων και κυκλοφορία ρευστών. Η ανίχνευση μέσω οπτικών ινών θα μπορούσε, δυνητικά, να μας επιτρέψει να διερευνήσουμε αρκετές από αυτές τις διεργασίες ταυτόχρονα. Ωστόσο, το πείραμα είναι επίσης πολύ πιο απαιτητικό από τεχνική άποψη. Σχεδιάζουμε να ποντίσουμε περίπου 500 μέτρα καλωδίου από το ερευνητικό σκάφος μέσα στον ηφαιστειακό κρατήρα, σε βάθη που πλησιάζουν τα 500 μέτρα. Σε αντίθεση με τη Μήλο, δεν μπορούμε να βασιστούμε σε δύτες για την τοποθέτηση του καλωδίου, ενώ το απότομο και περίπλοκο ηφαιστειακό ανάγλυφο καθιστά την ακριβή πόντισή του σημαντικά πιο δύσκολη. Ως εκ τούτου, θα χρησιμοποιήσουμε ένα ειδικό σύστημα πόντισης, το οποίο θα υποστηρίζεται από υποβρύχιες ρομποτικές παρατηρήσεις (MiniROV)».
Το τηλεχειριζόμενο υποβρύχιο όχημα (MiniROV) είναι εξοπλισμένο με προηγμένους αισθητήρες που αναπτύχθηκαν από το εργαστήριο CoMPAS του MBARI και θα βοηθήσουν τους επιστήμονες να χαρτογραφήσουν περίπλοκες γεωλογικές δομές και υδροθερμικά χαρακτηριστικά σε τρεις διαστάσεις και με πολύ υψηλή ανάλυση, αποκαλύπτοντας λεπτομέρειες που οι συμβατικές έρευνες από σκάφος δεν είναι σε θέση να εντοπίσουν.
«Επιστημονικό άλμα 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 «ένα πραγματικό επιστημονικό άλμα για την υποθαλάσσια Ηφαιστειολογία και Ωκεανογραφία στο Αιγαίο».
Όπως εξηγεί στο ΑΠΕ-ΜΠΕ, «μετατρέποντας ένα οπτικό καλώδιο σε ένα πυκνό δίκτυο χιλιάδων εικονικών αισθητήρων στον βυθό, αποκτούμε πλέον τη δυνατότητα να "ακούμε" και να αποτυπώνουμε με πρωτοφανή ακρίβεια διεργασίες που μέχρι σήμερα παρέμεναν "αθέατες" για τα χερσαία σεισμολογικά δίκτυα. Η στενή συνεργασία μας 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 ότι 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 μάς επιτρέπει πλέον να αποκωδικοποιούμε τα ελάχιστα πρόδρομα σήματα στον βυθό. Καταγράφουμε τον υποθαλάσσιο σεισμικό βόμβο (tremor), τις μικρο-σεισμικές εξάρσεις και τη γεωμετρία των διόδων ρευστών, χαρτογραφώντας παράλληλα πώς η υδροθερμική δραστηριότητα συνδέεται με τις μοναδικές μικροβιακές κοινότητες του πυθμένα», τονίζει η ίδια.
Τέλος, η κ. Νομικού αναδεικνύει 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 βασίζεται μόνο σε περιοδικά ερευνητικά προγράμματα. Απαιτεί σταθερή θεσμική και οικονομική υποστήριξη για την ασφάλεια της Σαντορίνης και του νοτίου Αιγαίου».
Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ
