(성공사례) 해저 통신 케이블을 활용한 글로벌 자연재해·환경 모니터링 시스템 구축

EU 지원 프로젝트 FOCUS, 해저 통신 케이블을 지진·쓰나미 조기경보 및 기후·환경 변화 감지에 활용하는 혁신 기술 개발, 기존 통신망을 지구 관측 인프라로 확장하는 새로운 패러다임을 제시

전 세계 약 148만 km에 달하는 해저 광케이블은 현재 대부분 인터넷·통신 데이터 전송에만 사용되고 있으나, 연구진은 광신호 변화를 분석해 해저의 미세 진동·변형·수온 변화까지 감지할 수 있음을 확인

FOCUS는 해저 케이블을 기반으로 거대한 실시간 해양 관측 네트워크 구축을 목표로 하며, 기후 변화 모니터링·단층 운동 추적·지진 조기경보 등 다양한 분야에서 잠재적 혁신성을 보유

연구진은 기존 해저 통신 케이블을 글로벌 지각·환경 감지 센서망으로 재활용하는 방식을 연구 중

FOCUS는 DAS와 BOTDR 기술을 실제 활성 단층대에 적용해 검증

Geo-Ocean 연구센터의 Gutscher 박사가 이끄는 FOCUS 프로젝트는 DAS(Distributed Acoustic Sensing)·BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectometry) 기술을 활용해 이탈리아 시칠리아 인근 North Alfeo 단층을 가로지르는 6km 길이 시험용 케이블을 해저에 설치에 미세 지각 변형(1~2cm 수준)을 장기 관측

이탈리아 핵물리연구소(INFN) 해저 관측소의 기존 케이블 시스템과 FOCUS 케이블을 연동하여, 해저 단층 변형을 실시간으로 모니터링할 수 있는 체계 구축

케이블은 IDIL과 공동 설계한 특수 광섬유 포함 장비로, 통신용 루즈 버퍼 광섬유와 변형 감지에 민감한 타이트 버퍼 광섬유로 구성

연구팀은 BOTDR을 통해 광섬유 길이 변화로 지각 변형을 간접 측정했으며, 지진 발생 직전 미세 변형을 포착해 조기 예측 가능성을 탐색

Gutscher 박사는 “현재까지 단층의 큰 움직임은 관찰되지 않았으나, 장기적인 응력 축적 가능성”을 시사하였으며, 단층이 갑자기 파열되는 시점을 예측하기 위해 사전 변형을 관찰하는 것이 핵심이라고 언급

시칠리아 케이블은 이미 2020년 해저 산사태로 추정되는 대규모 해저 밀도류를 성공적으로 감지해 기술의 실효성을 입증했으며, 이는 기존 장비로는 관측이 어려운 드문 2차 위험까지 정밀하게 포착할 수 있음을 보여주는 중요한 사례

연구팀은 카리브해 과들루프 인근 해저 케이블을 이용해 해저 온도 변화를 장기 모니터링

초기에는 수개월마다 육상 중계함에서 수동으로 데이터를 회수했으나 현재는 3시간 간격의 원격 자동 수집이 가능, 케이블 내부 미세 결함의 움직임으로 인한 광신호 패턴 변화를 분석해 해저 온도 변화를 추정

연구팀은 얕은 수심에서 2년간 약 1.5ºC 상승(위성 관측과 일치, 이 기간 산호의 약 30% 소실)과 300~700m 심해에서 0.2~1ºC의 미세한 온도 상승 확인

Geophysical Research Letters에 게재 승인된 이 결과는 전 세계 해저 통신 케이블이 심해 온도 및 기후 변화의 장기 추적 인프라로 활용될 수 있음을 보여줌

일본·미국 캐스케이디아 단층·지중해 등 지진 취약 지역으로 확장 가능

DAS는 지진 발생 후 수 초 내 초기 지진파를 감지해 즉각적인 지진·쓰나미 경보에 활용될 수 있으며, BOTDR은 단층의 변형과 응력 축적을 장기적으로 모니터링하여 지진 예측 연구에 기여

Gutscher는 “광섬유 케이블의 새로운 활용은 지진학·재난경보 분야에 큰 전환점을 만들 것이며, 세계의 ‘디지털 신경망’을 ‘환경 감지 신경망’으로 바꾸고 있다”고 평가

향후 국제 협력 및 추가 투자가 이루어질 경우, 심해는 인류 안전 보호와 지구 변화 이해를 위한 가장 강력한 관측 플랫폼으로 발전할 전망

SOURCE: Innovation