해저 ‘스마트’ 광섬유로 지진, 쓰나미, 지구 온난화 감지

케이블에 센서를 추가하려는 과학자들의 노력은 대서양과 태평양 바다에서 결실을 맺습니다

포르투갈의 모든 사람들은 날짜를 알고 있습니다: 1755년 11월 1일. 그날은 조상들을 기리기 위해 집에 촛불이 켜진 모든 성인들의 날이었습니다. 그리고 나서 지진이 발생했고, 리스본의 거리가 개방되었고, 불똥이 튀었습니다. 쓰나미가 항구를 집어삼켰고, 수만 명이 사망했습니다. 심지어 지금도 사람들은 북아메리카, 유라시아, 그리고 아프리카의 가는 지각판이 만나는 해저 분기점 근처의 위협을 알고 있다고 포르투갈의 통신 규제 기관인 아나콤의 고위직에서 최근 은퇴한 호세 바로스는 말합니다. “우리는 항상 그런 생각과 두려움을 가지고 있습니다.”

곧 리스본 사람들은 30분 또는 그 이상의 쓰나미 경보에 의지할 수 있을지도 모릅니다. 앞으로 몇 달 안에, 포르투갈은 대서양의 바닥을 가로질러 마데이라와 아조레스 강까지, 해저 분기점까지 거의 뻗어 있는, 3700 킬로미터 길이의 새로운 광섬유 케이블 작업을 시작하기로 계약을 체결할 것으로 예상됩니다. 인터넷 데이터를 운반할 뿐만 아니라 위의 바다와 아래의 지구를 감시할 수 있는 세계 최초의 “똑똑한” 케이블들 중 하나인, 1억 5천 4백만 유로의 이 케이블은 쓰나미파가 산란되는 곳에서 실질적으로 감지할 수 있게 될 것입니다.

10년 이상 동안 지구물리학자들은 통신 사업자들이 스마트 케이블을 고려하도록 압박했습니다. 그들은 비용이 10%에서 20%까지 상승하기 위해 회사들이 해저 운동, 수압 및 온도와 같은 세 개의 간단한 센서를 케이블의 중계기에 짜 넣을 수 있으며, 이 부분은 70km마다 광 신호를 증폭시킵니다. 로스 알라모스 국립 연구소의 지구물리학자인 샬롯 로우(Charlotte Rowe)는 최근까지 운영자들이 설치하도록 하는 것이 어려웠다고 말합니다. “매우 느린 곡선이었지만 이제는 점점 더 가파를 것 같습니다.”라고 로우(Rowe)는 말합니다.

포르투갈 케이블 외에도 남태평양의 뉴칼레도니아와 바누아투는 지난 1월 프랑스가 과학적 운영 비용을 지불하고 그들 사이에 375km 길이의 스마트 케이블을 설치하는 계약을 체결했습니다. 2023년 12월 이탈리아 국립 지구물리학 및 화산학 연구소(INGV)와 함께 에트나산의 시끄러운 소리를 모니터링할 수 있는 최초의 스마트 시연 케이블을 시칠리아 동쪽 지중해에 놓았습니다. 미국 국립과학재단은 스마트 케이블로 남극과 뉴질랜드를 연결하는 것을 고려하고 있으며, 여러 그룹은 북서쪽 통로를 통해 유럽과 북극 아래의 일본을 연결하려고 합니다.

스마트 케이블은 오랜 문제에 대한 답을 제시합니다: 지구의 3분의 2를 덮고 있는 바다 밑에서 어떻게 지진을 감지할 수 있을까요? 해저에서 작동할 수 있는 지진계는 배치하기에 비용이 많이 들고 수명이 짧으며 종종 실시간으로 데이터를 전송할 수 없습니다. 인어(MINHER)라고 불리는 심해 부유물은 물 속의 잔향을 통해 지진을 감지할 수 있지만 배치된 것은 수십 개에 불과합니다. 연구원들은 통신 케이블 자체를 센서로 바꾸는 방법을 탐구하고 있지만 가장 민감한 기술은 육지에서 수백 킬로미터 밖에 떨어지지 않습니다. 선박과 딥 아르고 부유물에 의해 만들어진 심해의 온도와 압력 측정도 부족합니다.

해저 케이블은 오랫동안 지구 물리학자들의 매혹적인 목표물이었습니다. 해저 케이블은 시간이 지남에 따라 우주에 고정된 채로 지속적인 전력 공급원과 실시간 데이터 스트림을 제공하며, 기후 연구에 좋은 영향을 미칩니다. 그리고 거대 인터넷 기업들과 통신 회사들은 현명하든 그렇지 않든 이미 그 비용을 지불하고 있습니다.

스마트 케이블에 대한 옹호는 2010년 당시 시드니 대학의 해양학자였던 유주 유(Yuzhu You)가 네이처에 기고한 사설에 이어 시작되었습니다. 유엔의 국제전기통신연합(International Telecommunication Union)은 이 아이디어를 추구하기 위해 공동 태스크포스(TF)를 만들었습니다. 이미 자유롭게 공유되고 있는 해양 데이터를 수집하기 때문에 세 가지 기본 센서에 초점을 맞췄습니다. 친수성은 잠수함을 보이지 않게 하고 싶어하는 국가들에게 케이블을 군사 목표로 만들 수 있기 때문에 배제되었습니다.

유엔 태스크 포스를 이끌고 있는 마노아에 있는 하와이 대학의 해양학자인 브루스 하우는 처음에는 통신 회사들이 이 센서들이 케이블을 놓는 가뜩이나 까다로운 규제 절차를 복잡하게 만들 것을 우려하여 꺼려했다고 말했습니다. 그들은 허가가 어떻게 바뀔 수 있는지, 그리고 케이블이 가로지른 영토와 데이터를 어떻게 공유해야 하는지에 대해 의문을 제기했다고 그는 말합니다. “그것은 수렁에 빠졌습니다.” 그러나 이제 포르투갈과 뉴칼레도니아와 같은 정부들은 케이블이 현명해야 한다고 의무화하기 시작했다고 하우는 말합니다.

뉴칼레도니아의 비영리 개발 단체인 태평양 공동체의 해양학자인 Jérome Aucan은 최초의 스마트 케이블이 쓰나미의 위험에 처한 지역을 목표로 한다는 것은 놀라운 일이 아니라고 말합니다. 케이블이 쓰나미를 유발하는 큰 지진을 감지할 수 있지만, 쓰나미 파도가 실제로 형성되는지 여부를 결정하는 가장 좋은 방법은 작은 파도의 충돌이 걸러지는 해저에서 물기둥의 무게인 급격한 해수압의 변화를 찾는 것입니다. 이것은 전통적으로 값비싼 계류장-부이 콤보를 사용하여 수행되었습니다. “스마트 케이블을 사용하면 20년 동안 해저에 케이블을 놓을 수 있고, 유지 보수에 대해 잊어버릴 수 있습니다.”라고 Aucan은 말합니다.

오스틴에 있는 텍사스 대학의 해양학자인 Patrick Heimbach는 스마트 케이블이 다른 과학적 보상을 제공할 것이라고 말합니다. 그것들은 표면으로부터 열과 이산화탄소를 빼앗아 심연에 저장하는 대규모 해류의 변화뿐만 아니라 기후 변화로 인해 얼마나 빨리 깊은 바다가 따뜻해지는지를 추적하는 것을 도울 것입니다. 그 센서들은 또한 물 자체의 열 팽창과 녹는 얼음뿐만 아니라 해류의 변화와 해저의 변화에 의해 국부적으로 형성되는 해수면 상승의 사진을 정밀하게 만들 수 있습니다.

지진과 쓰나미 모니터링을 개선하는 것 외에도 스마트 케이블은 지구의 먼 쪽에서 오는 희미한 지진파를 내부를 통해 포착할 수 있습니다. 이러한 파동은 엑스레이와 동일한 역할을 할 수 있으며, 지구 맨틀의 특징을 보여주는 사진을 만들 수 있습니다. 지각판 아래로 가라앉는 구조판, 화산의 핫스팟을 구동하는 플룸, 플룸에 연료를 공급할 수 있는 불가사의한 “블롭”이 맨틀의 바닥에 있습니다. 그리고 케이블이 서비스 중단을 경험하면 센서 데이터가 해저 폭발이나 산사태의 원인인지를 기업들이 이해하는 데 도움이 될 수 있다고 로우는 말합니다.

한 가지 여전한 의문은 스마트 케이블이 해저에 조심스럽게 위치하지 않으면 얼마나 잘 작동하느냐 하는 것이었습니다. 프로젝트를 이끄는 INGV 지구 물리학자인 주디타 마리나로는 INGV가 시칠리아 동부에서 떨어진 21킬로미터 케이블에 대해 “습윤 시험”을 한 것은 어느 정도의 확신을 제공한다고 말합니다. 그 배치는 배의 시간이 케이블 프로젝트에서 가장 비싼 부분이기 때문에 중요한 요소인 표준 케이블만큼 빠르게 스마트 케이블을 배에서 걸러낼 수 있다는 것을 보여주었습니다. 그 테스트 케이블은 근처에 있는 두 개의 전용 센서에 비해 진동을 잘 감지하는 것처럼 보인다고 그녀는 말합니다. “현재 품질은 매우 좋습니다.”

하우와 그의 동료들은 아직도 첫 번째 대양 횡단 케이블이 똑똑해지기를 기다리고 있습니다. 매년 5만 킬로미터 이상이 깔리면서, 선택의 폭이 넓어지고 있습니다. 포르투갈 케이블 프로젝트를 도운 바로스에게, 그것은 단지 시간 문제입니다. “미래에는, 많은 케이블들이 똑똑해질 것이라고 믿습니다”라고 그는 말합니다. “그리고 사람들은 일상 생활에서 추가적인 안전을 갖게 될 것입니다.”

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