Fyrir um áratug hóf sig til flugs ný tækni í náttúruvárvöktun: Nýting ljósleiðarakapla til að mæla hvernig jörðin hristist eða aflagast. Ljósleiðarakapall samanstendur af örþunnum glerþráðum (hver um sig þynnri en mannshár) sem í eðli sínu eru ekki einsleitir heldur eru í þeim ósamfellur eða fletir sem endurkasta ljósinu. Með því að beina leysigeisla eftir ljósleiðaraþræði og nema endurköst eftir tuga kílómetra löngum ljósleiðarakapli, er hægt að mæla tímamun ef þráðurinn hristist, það tognar á honum eða hann þjappast saman. Ef t.d. tognar á þræðinum á ákveðnum stað, þá kemur endurkastaða merkið frá þeim stað aðeins seinna en áður til baka. Hægt er að umreikna þennan tímamun í aflögunareiningu og reikna hversu mikil tognunin var og á hvaða svæði á ljósleiðaranum. Þannig má nýta ljósleiðarann sem langa röð þétt skipaðra mæla. Á svipaðan hátt er hægt að mæla náttúrulegan og manngerðan hristing, t.d. frá jarðskjálftum, skriðuföllum og snjóflóðum, titring þegar eldgos er í gangi en líka umhverfisnið vegna bílaumferðar og annarra mannlegra athafna sem hrista ljósleiðarann nægilega mikið (eru þá nógu nálægt eða hristingurinn nægilega mikill). Mæliaðferðin kallast ljósleiðaraskynjunartækni en á ensku oftast DAS sem stendur fyrir „Distributed Acoustic Sensing“. Til að framkvæma mælinguna þarf tæki sem er kallað ljósleiðaravaki (e. DAS interrogator) og samanstendur af tölvu með leysibúnaði sem sendir og les merkið.

Á síðustu 10 árum hefur orðið alger bylting innan jarðskjálftafræðinnar vegna rannsókna með þessari aðferð. Kostirnir eru margþættir:

1. Samfelldar mælingar sem minnka óvissuna í túlkun m.v. hefðbundnar strjálar mælingar. Oftast eru tugir, jafnvel hundrað kílómetrar milli hefðbundinna jarðskjálftastöðva hér á landi en með ljósleiðaravaka er hægt að fá háupplausna mælingu, þ.e. miklu þéttari mælingar, og skilgreina mælistaði á t.d. eins metra fresti eftir kaplinum.
2. Kostnaðarhagræðing þar sem einungis þarf að kaupa eitt tæki sem nemur samfellt tugi kílómetra. Enn fremur ætti að nást aukin hagræðing í rekstri og meiri áreiðanleiki í uppitíma þar sem ekki þarf að halda úti margþættum búnaði á mörgum stöðum.
3. Mjög breitt tíðnisvið mælinganna og mikil næmni þýðir að bæði er hægt að mæla örskjálfta en líka mjög hægar hreyfingar. Hefðbundnar jarðeðlisfræðilegar mælingar krefjast ólíkra tækja til þess að ná þessum upplýsingum fram.
4. Ljósleiðarar eru þegar til staðar víða um land og má því segja að mælanetin séu þegar til.
5. Nýlegar framfarir í gervigreind eru vel til þess fallnar að vinna úr þessum stóru gagnasettum og þegar hefur vísindafólk um allan heim hannað aðferðir til að sjálfvirkt greina ljósleiðaragögn með aðferðum vélanáms. Jarðskjálftafræðin hefur lengi verið framarlega í að nýta sjálfvirkni og hefur úrvinnslukerfi Veðurstofu Íslands stuðst við tauganet í sjálfvirkri skjálftagreiningu frá því seint á 9. áratugnum.

Ljóst er að ljósleiðarainnviðir vegna gagnaflutnings á heimsvísu eru komnir til að vera. Þessir innviðir eru um öll lönd, milli landa og þvera heimshöfin og framtíðarmöguleikar til mælinga því miklir.

Nýsköpun í jarðskjálftamælingum

Ísland hefur verið leiðandi og tekið þátt í mörgum rannsóknum sem nýta ljósleiðaravaka. Er hér getið um þær helstu. ÍSOR reið á vaðið í samstarfi við GFZ-rannsóknarstofnunina í Þýskalandi árið 2015 með uppsetningu á ljósleiðaravaka á Reykjanesskaga (Jousset og fleiri, 2018) en áður hafði svipuð tækni verið notuð hérlendis m.a. til mælinga í borholum. Annar greinarhöfundur tók í samstarfi við ETHZ í Sviss þátt í tveimur rannsóknum árið 2021, önnur í Grímsvötnum og hin í samstarfi við Neyðarlínuna við Fagradalsfjall. Verkefnið í Vatnajökli var sérstaklega spennandi og nú þegar hafa einar fimm vísindagreinar verið birtar auk umfjöllunar m.a. í sjónvarpsþættinum 60 minutes (sjá t.d. Þrastarson o.fl. 2021; Klaasen o.fl., 2022, 2023). Í þessu frumrannsóknarverkefni var 12 km ljósleiðari plægður 50 cm ofan í ísinn (með líklega fyrsta ljósleiðarasnjóplóg heims), frá Grímsfjalli, eftir öskjubrúninni og ofan í miðja íshellu Grímsvatna. Eins og búist var við mældum við mun fleiri smáskjálfta en jarðskjálftanet Veðurstofunnar nemur, raunar um hundrað sinnum fleiri. Hitt vissum við ekki fyrr en við mældum það að íshella Grímsvatna hristist stöðugt með 5 sekúndna sveiflutíma hreinlega eins og tromma sem slegið er á viðstöðulaust (Fichtner o.fl., 2022). Nýjasta rannsóknin sem birtist í vísindaritinu Nature í síðasta mánuði lýsir nýrri aðferð sem nýtir háa upplausn ljósleiðaratækninnar til að reikna eðlismassa í efstu 100 metrum jökulsins (Lanteri o.fl. 2025).

Árið 2021 leiddi hinn greinarhöfundur, þá hjá Orkuveitunni (OR), stórt alþjóðlegt rannsóknarverkefni með Háskóla Íslands (HÍ), ÍSOR og fleiri aðilum, sem miðaði að þróun nýrra aðferða til jarðhitaleitar (Hjörleifsdóttir og fl., 2023). Í því voru tveir ljósleiðaravakar og 500 jarðskjálftamælar settir upp í kringum Hengil, sem er þéttasta skjálftamælanet sem sett hefur verið upp á Íslandi (Obermann og fl., 2022). Mælingarnar þaðan gera kleift að búa til sneiðmyndir af jarðskorpunni og auka skilning á eldfjöllum sem hýsa jarðhitakerfi. Fyrir algjöra tilviljun mældist á þessu neti sjaldgæfur atburður af vígahnetti, þ.e. loftsteini sem brennur upp í andrúmslofti með nokkrum tilþrifum, drunum og sjónarspili (Rodriguez og fl., 2023). Sama ár tóku OR, Orka náttúrunnar og Carbfix þátt í verkefni þar sem sérhannaður ljósleiðarakapall var grafinn á niðurdælingarsvæði Hellisheiðar, til að mæla örvaða skjálftavirkni og kolefnisbindingu í jörðu (margar greinar, sjá t.d. Stork et al., 2022).

Háskólinn í Reykjavík (HR) hefur á síðustu tveimur árum bæst í hóp rannsakenda á ljósleiðaraskynjunartækni, með áherslu á bættar jarðhitaleitaraðferðir og vöktun jarðhita- og kolefnisbindingarsvæða en einnig könnun …