Ηφαίστειο Κολούμπο: Οπτικές ίνες στα βάθη του αποκαλύπτουν τα μυστικά του σαν υποθαλάσσιο «αυτί»

Το πείραμα εξετάζει αν ο ήχος από φυσαλίδες που αναδύονται στον βυθό μπορεί να αποκαλύψει την ποσότητα του αερίου που εκλύεται και τις μεταβολές της με την πάροδο του χρόνου.

Στη Μήλο και τη Σαντορίνη, δύο ξεχωριστά φυσικά εργαστήρια, ένα καλώδιο οπτικών ινών μήκους περίπου 500 μέτρων αξιοποιείται ως καινοτόμο υποθαλάσσιο «αυτί». Σκοπός είναι να καταγραφούν η ηφαιστειακή και υδροθερμική δραστηριότητα κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας και διεργασίες που μέχρι σήμερα δεν είναι ορατές.

Αυτές τις ημέρες ποντίζεται καλώδιο στον Κολούμπο, στο πλαίσιο της ωκεανογραφικής αποστολής «HYDROSENSE». Στην ομάδα συμμετέχουν ερευνητές από το Εργαστήριο Φυσικής Γεωγραφίας του Τμήματος Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος του ΕΚΠΑ, το «Monterey Bay Aquarium Research Institute» (MBARI) της Καλιφόρνιας και το Εθνικό Ερευνητικό Συμβούλιο της Ιταλίας (Consiglio Nazionale delle Ricerche – CNR). Η αποστολή πραγματοποιείται με το ερευνητικό πλοίο «Gaia Blu» του CNR.

Ο Κολούμπος επιλέχθηκε για συγκεκριμένους λόγους: το ηφαίστειο, που βρίσκεται βορειοανατολικά της Σαντορίνης, αποτελεί σημαντικό στόχο για την παρακολούθηση γεωκινδύνων και παράλληλα μοναδικό φυσικό εργαστήριο για τη δοκιμή προηγμένων τεχνολογιών. Στις αρχές του 2025 σημειώθηκε έντονη κρίση ηφαιστειοτεκτονικής και μαγματικής δραστηριότητας, η οποία διήρκεσε έναν μήνα. Τότε η σεισμικότητα μετακινήθηκε γρήγορα βορειοανατολικά από τον Κολούμπο, προς την Άνυδρο, ενώ καταγράφηκαν πάνω από 30.000 σεισμοί. Τα γεγονότα έδειξαν τόσο τον υψηλό κίνδυνο που συνδέεται με το υποθαλάσσιο ηφαίστειο όσο και την άμεση ανάγκη να ενισχυθούν και να αναβαθμιστούν οι υποδομές υποθαλάσσιας παρακολούθησης της περιοχής.

Παρότι έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος στη σεισμολογική και γεωδυναμική έρευνα της περιοχής, εξακολουθούν να υπάρχουν σοβαρά κενά. Μεταξύ άλλων, το χερσαίο σεισμικό δίκτυο δεν μπορεί να εντοπίσει ασθενή ακουστικά σήματα από μικροσεισμικές εξάρσεις, ενώ παραμένει περιορισμένη η γνώση για τις υποθαλάσσιες διόδους των ρευστών.

Πώς οι οπτικές ίνες γίνονται υποθαλάσσιο εργαλείο ανίχνευσης

Στην ωκεανογραφική αποστολή εφαρμόζεται η τεχνολογία Κατανεμημένης Ακουστικής Ανίχνευσης (Distributed Acoustic Sensing – DAS). Αφού ποντιστεί το καλώδιο οπτικών ινών, το σύστημα στέλνει παλμούς λέιζερ στο εσωτερικό του και καταγράφει τις ελάχιστες αλλαγές στο φως που επιστρέφει. Έτσι εντοπίζονται δονήσεις και ακουστικές διαταραχές σε εκατοντάδες θέσεις κατά μήκος της ίνας. Με άλλα λόγια, ένα συνηθισμένο καλώδιο λειτουργεί ως εκτεταμένη σειρά υποθαλάσσιων αισθητήρων, τοποθετημένων κοντά ο ένας στον άλλο και ικανών να καταγράφουν ακόμη και ανεπαίσθητες δονήσεις.

Το πείραμα εστιάζει στο αν ο ήχος από τις φυσαλίδες που βγαίνουν από τον βυθό μπορεί να προσδιορίσει την ποσότητα του αερίου και την εξέλιξή της στον χρόνο. Οι φυσαλίδες, καθώς δημιουργούνται και ανεβαίνουν, προκαλούν τόσο ακουστικές όσο και μηχανικές διαταραχές.

Για να διαπιστωθεί τι καταγράφει στην πράξη το καλώδιο, γύρω από τα σημεία εκλύσεων εγκαθίσταται ένα μικρό σύνολο αυτόνομων οργάνων που συμπληρώνουν το σύστημα. Περιλαμβάνει υποθαλάσσια στερεοσκοπική κάμερα, η οποία αποτυπώνει τις φυσαλίδες και μετρά τα χαρακτηριστικά τους, αισθητήρες για τις μεταβολές της θερμοκρασίας, καθώς και υδρόφωνο που καταγράφει τον ήχο του αερίου που διαφεύγει.

Οι ερευνητές επιχειρούν να ξεχωρίσουν τους ήχους και τις δονήσεις που προκαλούν οι φυσαλίδες αερίου από τους υπόλοιπους υποθαλάσσιους θορύβους και να εξακριβώσουν αν οι εκλύσεις μεταβάλλονται με τον χρόνο. Τα δεδομένα μπορεί να βελτιώσουν την κατανόηση της συμπεριφοράς και της εξέλιξης των ηφαιστειακών και υδροθερμικών συστημάτων, αλλά και να συμβάλουν ενδεχομένως στη δημιουργία συστημάτων έγκαιρης προειδοποίησης για υποθαλάσσια ηφαιστειακή δραστηριότητα.

Με την ολοκλήρωση της ωκεανογραφικής αποστολής, το καλώδιο θα ανασυρθεί. Αν, όμως, η τεχνική αποδειχθεί αποτελεσματική, ενδέχεται να καταστεί δυνατή η συνεχής παρακολούθηση της υδροθερμικής δραστηριότητας σε εκτεταμένες περιοχές και για μεγάλα χρονικά διαστήματα.

Η αρχική δοκιμή του συστήματος στη Μήλο

Η χρήση οπτικής ίνας ως υποθαλάσσιου «αυτιού» δοκιμάστηκε αρχικά στη Μήλο, κατά το πρώτο στάδιο του πειράματος.

Η Μήλος βρίσκεται στο ενεργό ηφαιστειακό τόξο του νοτίου Αιγαίου και διαθέτει ένα από τα μεγαλύτερα γνωστά ρηχά υποθαλάσσια γεωθερμικά συστήματα παγκοσμίως. Εκεί, το θαλασσινό νερό εισχωρεί σε διαπερατά ιζήματα και πετρώματα με ρωγμές, θερμαίνεται σε βάθος και στη συνέχεια αναβλύζει ξανά στον πυθμένα, μεταφέροντας διαλυμένα χημικά στοιχεία και αέρια.

Στη Μήλο υπήρχαν οι κατάλληλες συνθήκες για να δοκιμαστεί η τεχνολογία. Ο Άαρον Μικάλεφ, επικεφαλής ερευνητής στο εργαστήριο «Seafloor Processes Lab» του MBARI, όπου μελετώνται οι διεργασίες στον θαλάσσιο πυθμένα με τη χρήση καινοτόμων τεχνολογιών παρακολούθησης, ανέφερε στο ΑΠΕ-ΜΠΕ: «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».

Στη Μήλο πραγματοποιήθηκε και μια παράλληλη έρευνα με το αυτόνομο υποθαλάσσιο ρομπότ «MOLA AUV», το οποίο ανέπτυξε το εργαστήριο «CoMPAS Lab» του MBARI. Στόχος του ήταν η τρισδιάστατη χαρτογράφηση, σε υψηλή ανάλυση, σημείων του βυθού που έως τώρα ήταν δύσκολο να εξεταστούν. Τα δεδομένα που συνέλεξε θα αξιοποιηθούν για τρισδιάστατους χάρτες των υδροθερμικών δομών, των εκπομπών αερίων, των βακτηριακών ταπήτων και των ορυκτών αποθέσεων στον πυθμένα.

Η δύσκολη αποστολή στον κρατήρα του Κολούμπου

Για τους επιστήμονες, η μεταφορά της έρευνας από τη Μήλο στον Κολούμπο συνιστά τεχνική και επιστημονική πρόκληση. Ο κ. Μικάλεφ σημειώνει ότι ο Κολούμπος «παρουσιάζει μια πολύ διαφορετική και, ενδεχομένως, ακόμη πιο συναρπαστική επιστημονική πρόκληση», και διευκρινίζει: «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 MiniROV, ένα υποβρύχιο όχημα που ελέγχεται εξ αποστάσεως, φέρει εξελιγμένους αισθητήρες που αναπτύχθηκαν από το εργαστήριο CoMPAS του MBARI. Ο εξοπλισμός θα υποστηρίξει τη χαρτογράφηση σύνθετων γεωλογικών δομών και υδροθερμικών χαρακτηριστικών σε τρεις διαστάσεις και με εξαιρετικά υψηλή ανάλυση, καταγράφοντας στοιχεία που δεν μπορούν να εντοπιστούν με τις συνηθισμένες έρευνες από πλοίο.

Η τεχνολογία DAS ως «επιστημονικό άλμα»

Η Εύη Νομικού, καθηγήτρια Γεωλογικής Ωκεανογραφίας στο ΕΚΠΑ, χαρακτηρίζει την εφαρμογή 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».

Μιλώντας στο ΑΠΕ-ΜΠΕ, η ίδια εξηγεί: «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 επισημαίνει πως η σεισμοηφαιστειακή κρίση που σημειώθηκε στον Κολούμπο στις αρχές του 2025 «κατέστησε σαφές ότι η αδιάλειπτη υποθαλάσσια παρακολούθηση αποτελεί ζήτημα εθνικής σημασίας». Η ίδια τονίζει: «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»,

Ως αναγκαία προτεραιότητα θέτει, τέλος, η κ. Νομικού την επαναφορά «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».

(ΑΠΕ -ΜΠΕ / Μαρία Κουζινοπούλου / photo: intime)