04.12.2019

Unterwasserkabel zur Erdbebenüberwachung nutzen

Das verkabelte Observatorium des Monterey Accelerated Research System (MARS), ein Knotenpunkt für wissenschaftliche Instrumente auf dem Meeresboden 891 Meter unter der Oberfläche von Monterey Bay Foto: MBARI, 2009

Glasfaserkabel, die ein globales Unterwasser-Telekommunikationsnetz bilden, könnten eines Tages Wissenschaftlern helfen, Offshore-Erdbeben und die tief unter der Meeresoberfläche verborgenen geologischen Strukturen zu untersuchen. Das haben Forscher der Universität von Kalifornien, Berkeley, des Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), des Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) und der Rice University jetzt in der Fachzeitschrift "Science" beschrieben.

 

In einem Versuch wurde mit 20 Kilometer Unterwasser-Glasfaserkabel, entsprechen 10.000 seismischen Stationen, experimentiert. Während der viertägigen Dauer in Monterey Bay zeichneten sie ein Beben der Stärke 3,4 und tektonische Verwerfungszonen auf.

 

Ihre Technik, die sie zuvor mit Glasfaserkabeln an Land getestet hatten, könnte die dringend benötigten Daten zu Beben liefern, die unter dem Meer auftreten, wo nur wenige seismische Stationen existieren, und 70% der Erdoberfläche ohne Erdbebendetektoren belassen.

 

„Es besteht ein enormer Bedarf an Meeresbodenseismologie. Alle Instrumente, die Sie in den Ozean bringen, selbst wenn sie nur die ersten 50 Kilometer von der Küste entfernt sind, sind sehr nützlich “, sagte Nate Lindsey, Student an der Universität von Berkeley und Hauptautor der Studie.

Erdbeben zählen zu den Naturkatastrophen, wobei Seebeben Auslödser von Tsunamis sein können, die eine zusätzliche Bedrohung darstellen. Doch gerade auf den gut zwei Dritteln mit Wasser bedeckter Erdoberfläche gibt es kaum Messstationen, denn diese unter Wasser zu installieren, ist aufwendig und teuer.

 

Dies ist wirklich eine Studie über die Grenzen der Seismologie. Zum ersten Mal hat jemand Offshore-Glasfaserkabel verwendet, um diese Art von ozeanografischen Signalen zu untersuchen oder Fehlerstrukturen abzubilden", sagte Ajo-Franklin, Professor für Geophysik an der Rice University in Houston. "Eine der leeren Stellen im weltweiten seismografischen Netzwerk sind die Ozeane."

Die Forscher gehen davon aus, dass Erschütterungen auf dem Meeresboden solche Seekabel dehnen und stauchen. Sie schicken daher kurze Laserimpulse in das Kabel und messen dann die Rückstreuung, die sich aufgrund der Verformungen ergibt. Mit Hilhe der Interferometrie erhalten sie so pro zwei Meter Kabel einen Wert, sodass 20 Kilometer Kabel ebenso viele Datenpunkte liefern wie 10.000 Messtationen.

 

"Diese Systeme reagieren auf Veränderungen von Nanometern bis hunderten Picometern pro Meter Länge", betont Jonathan Ajo-Franklin. Das liegt also im Milliardstelbereich. So konnte das Team im viertägigen Test mit ihrem Gerät unter anderem Signale eines Erbebens der Stärke 3,4 messen, das sein Epizentrum 45 Kilometer im Landesinneren hatte, und zuvor unbekannte tektonische Verwerfungen kartografieren.

 

Das ultimative Ziel der Forschungsanstrengungen sei es, die dichten Glasfasernetze auf der ganzen Welt - wahrscheinlich insgesamt mehr als 10 Millionen Kilometer, sowohl an Land als auch unter Wasser - als empfindliche Messgrößen für die Erdbebenüberwachung in Regionen zu nutzen, in denen es keine teuren Bodenstationen gibt, z. B. in erdbebengefährdeten Gebieten Kaliforniens und der Pazifikküste. Das verspricht seismische Aktivität auf dem Meeresboden gut und doch recht günstig zu erfassen.

 

Weitere Informationen:

  • Photonic seismology in Monterey Bay: Dark fiber DAS illuminates offshore faults and coastal ocean dynamics (Science)
  • Dark Fiber Lays Groundwork for Long-Distance Earthquake Detection and Groundwater Mapping (February 2018 Berkeley Lab story)

  • hjo

     

     

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