Mikilvægt hlutverk Ljósleiðarans í kortlagningu kvikuhreyfinga

25. apríl 2025

Í gær birtist niðurstaða í hinu heimsþekkta vísindatímariti Science úr nýrri rannsókn þar sem sýnt var fram á hvernig hægt er að nota lágtíðnimerki í ljósleiðarakapli til að kortleggja kvikuhreyfingar. Ljósleiðarinn tók þátt í þessari mikilvægu rannsókn sem íslenskt vísindafólk frá Háskóla Íslands og erlendur hópur frá Caltech háskólanum í Bandaríkjunum stóðu að, en rannsóknarverkefni þeirra sneri að því að nota ljósleiðarastreng til að gefa mjög nákvæma mynd af jarðskorpuhreyfingum og jarðskjálftum.

Í nóvember 2023 hafði hópur vísindafólks frá Caltech og starfsmenn Google samband við Jón Inga Ingimundarson, Tæknistjóra Ljósleiðarans, til að kanna hvort Ljósleiðarinn ætti lausan ljósleiðaraþráð sem færi í gegnum Grindavík. Vísindamenn Caltech voru þá að vinna að rannsóknum með Distributed Acoustic Sensing (DAS) mælitæki sem tengdist ljósleiðarastreng vegna þessarar rannsóknar. Á þessum tíma hafði Ljósleiðarinn nýlega lagt nýjan ljósleiðarastreng frá Þorlákshöfn, í gegnum Grindavík og um Reykjanestánna til Reykjanesbæjar í framhaldi af útboði Farice á ljósleiðaraþráðum fyrir Iris ljósleiðarasæstrenginn. Því var nægur ljósleiðaraforði til staðar til að styðja við rannsóknarverkefni Caltech.

Aðeins tveimur dögum eftir að Jón Ingi móttók tölvupóstinn, var verkefnið keyrt áfram með hraði. Uppsetningaraðilar frá Caltech mættu til Íslands 19.nóvember og uppsetning á búnaði hófst daginn eftir. „Við hjá Ljósleiðaranum brugðumst strax við þegar beiðnin barst og gerðum það sem þurfti til að styðja við þetta mikilvæga rannsóknarverkefni. Við erum stolt af því að hafa átt hlut í að láta þetta verkefni verða að veruleika á svo skömmum tíma“ segir Jón Ingi Ingimundarson, Tæknistjóri Ljósleiðarans.

Þessi uppsetning gerðist mjög hratt, enda búist við eldsumbrotum á þeim tíma sem unnið var að þessu. Jiaxuan Li, vísindamaður Caltech og fyrsti höfundur rannsóknarinnar, segir:

„The deployment was extremely fast“ … „We were able to set up our system on a 100-kilometer-long fiber cable within 10 days after a substantial magma intrusion event on November 10, 2023. About a month later, we recorded the first eruption with our system. This was a major international collaboration with real-world impact.“

Í rannsóknargreininni kemur fram að um er að ræða venjulegan ljósleiðarakapal sem er sams konar þeim ljósleiðara sem flytur netið inn á íslensk heimili. Þá var svokölluðu interrogator-tæki komið fyrir til að breyta ljósleiðarakaplinum í skjálftamæli. Kapallinn sem var notaður í rannsókninni liggur meðfram Suðurstrandarveginum í gegnum Grindavík og var notaður til að mæla og kortleggja kvikuhreyfingar í jarðskorpunni á Reykjanesi.

Rannsóknin sýnir að með því að nota ljósleiðarakapal er hægt að mæla mun minni hreyfingar en áður því kapallinn er með meiri næmni en GPS mælingarnar og gervihnattarvíxlmyndir (InSAR) sem áður voru notaðar. Þar að auki gefur ljósleiðarakapallinn okkur hærri tímaupplausn og gerir það því mögulegt að fylgjast með myndun kvikuganga jafn óðum og hún myndast.

Rannsóknarniðurstöðurnar eru byltingarkenndar fyrir spár um eldgos, ekki síst fyrir þær sakir að mun fleiri kvikuinnskot mældust en gert hafði verið ráð fyrir. Ástæðan er sú að með ljósleiðarakaplinum næst einnig að mæla innskot sem ekki ná upp á yfirborðið. Ljósleiðarakapallinn greinir nefnilega ekki aðeins hefðbundin hátíðnimerki jarðskjálfta, heldur einnig lágtíðnimerki. Kapallinn greinir þar að auki á milli hefðbundinnar jarðskjálftahrinu og hrinu sem verður til vegna kvikugangs sem gæti náð yfirborðinu. Þessi merki eru nú notuð hjá Veðurstofunni til að spá fyrir um eldgos þar sem ljósleiðarakapallinn nemur kvikuganginn fyrr en önnur mælitæki.

Lágtíðniniður­stöður úr ljós­leiðara­mæl­ing­un­um hafa hingað til sýnt níu kvikuinn­skot og sex þeirra hafa leitt af sér sprungugos. DAS-tæknin með ljósleiðarakapli gefur okkur þannig nýja möguleika til að greina hluti sem áður voru ekki mældir. Þessi nýja tegund mælinga getur því gefið okkur bættar spár um eldgos og jafnframt bætt áhættumat.

Fyrir samfélagið er þetta virkilega mikilvæg rannsóknaruppgötvun í viðbrögðum fyrir náttúruvá, en aldrei áður hef­ur lágtíðni­merki af þess­um toga fund­ist á hefðbundn­um ljós­leiðara í tengsl­um við eld­virkni í heim­in­um.

Einar Þórarinsson, framkvæmdastjóri Ljósleiðarans, segir um þátttöku Ljósleiðarans í verkefninu: „Ljósleiðarinn er í eigu samfélagsins og er mjög mikilvægur innviður fyrir íslenskt samfélag – ekki aðeins til að tryggja hraðan og öruggan samskiptagrunn, heldur nú einnig sem hluti af mikilvægu öryggiskerfi landsins. Þetta er eitt af þeim verkefnum sem Ljósleiðarinn er einstaklega stoltur af og sýnir enn og aftur hversu mikilvægur innviður Ljósleiðarinn er fyrir íslenskt samfélag“.

Hér má lesa greinina í Science.