Erdbebenerkennung mittels Seekabeln

Die Installation seismischer Sensoren auf dem Meeresboden ist oft schwierig und teuer. Wie wäre es also, wenn die seismische Aktivität mit etwas überwacht werden könnte, das sich schon da unten befindet – zum Beispiel mit schon verlegten Untersee-Telekommunikationskabeln? Ein internationales geowissenschaftliches Team, das teilweise vom EU-finanzierten Projekt FINESSE (Fibre Nervous Sensing Systems) unterstützt wurde, nutzte Lichtwellenleiter für die Telekommunikation auf dem Grund der Nordsee als riesiges seismisches Netzwerk. Das Team überwachte damit sowohl Erdbeben als auch Meereswellen.

Diese Forschung wurde in der Fachzeitschrift „Nature Communcations“ veröffentlicht. Dort heißt es: „Wir präsentierten und analysierten unsere Beobachtungen von Erdbeben- und Meereswellen auf einem unterseeischen DAS-Array [DAS: Distributed Acoustic Sensing] vor der belgischen Küste und konnten zeigen, dass DAS-Arrays, die bestehende Lichtwelleninstallationen nutzen, hochwertige seismografische und ozeanografische Datenprodukte liefern können.“

In einer Pressemitteilung des California Institute of Technology sagt Ethan F. Williams, Hauptautor der Studie: „Auf dem Meeresboden werden immer mehr Lichtwellenleiter für die Telekommunikation verlegt. Statt ein völlig neues Gerät zu installieren, können wir diese Leiter anzapfen und sofort damit beginnen, die Seismizität zu beobachten.“

DAS, die von dem Forschungsteam eingesetzte Technologie, wurde für die Energiegewinnung entwickelt, aber dann für die Seismik umfunktioniert. Bei dem Verfahren kommt ein photonisches Gerät zum Einsatz, das kurze Laserlichtimpulse an den Lichtwellenleiter sendet. In der Pressemitteilung des California Institute of Technology heißt es: „Winzige Mängel im Leiter reflektieren kleinste Lichtmengen. Dadurch fungieren die Mängel als ‚Wegpunkte‘. Wenn eine Erdbebenwelle auf den Lichtwellenleiter trifft, ändern die Wegpunkte ihre Position ein klein wenig, was wiederum die Laufzeit des reflektierten Lichts verändert und den Wissenschaftlern so ermöglicht, das Fortschreiten der Welle zu überwachen.“ Das in dieser Studie eingesetzte DAS-Instrument wurde von einem Team der Universität Alcalá, das sich am Projekt FINESSE beteiligt, konstruiert und betrieben. „Meeresboden-DAS ist ein neuer Zweig der Geophysik, der die Anzahl der unterseeischen seismischen Daten vervielfältigen und ein neues Verständnis für das Innere der tiefen Erdschichten und größere Störungen mit sich bringen könnte“, so Zhongwen Zhan, Assistenzprofessor für Geophysik und Mitautor der Studie.

Von Windparks zu seismischen Netzwerken

Unter der Leitung von Forscherinnen und Forschern des California Institute of Technology nutzte das Team einen 40 000 Meter langen Abschnitt des Lichtwellenleiters, der einen Windpark in der Nordsee mit dem Land verbindet, heißt es in der Pressemitteilung weiter. „Per Knopfdruck erhalten wir ein Array von 4 000 Sensoren, deren Installation Millionen gekostet hätte“, so Williams.

In der Pressemitteilung fügt Williams hinzu, dass das Lichtwellenleiter-Netzwerk ein Erdbeben der Stärke 8,2, ähnlich dem bei Fidschi im August 2018, erkennen und aufzeichnen könnte, was „die Möglichkeit dieser Technologie beweist, einige der gigantischen blinden Flecken im globalen seismischen Netzwerk zu füllen“.

Das Projekt FINESSE, das die Studie unterstützte, wird noch bis September 2020 laufen. Auf der Projektwebsite heißt es: „Das Ziel von FINESSE ist es, … das Nervensystem lebendiger Körper zu imitieren, indem es menschengemachte und natürliche Strukturen in Gegenstände umwandelt, die aufgrund von fortgeschrittener verteilter Lichtwellensensortechnologie empfindlich auf externe Stimuli reagieren, um entweder im Falle möglicher Gefahren oder bei Schäden frühzeitige Warnungen abgeben zu können oder aber den Betrieb der Struktur zu verbessern, um eine nachhaltige Nutzung natürlicher Ressourcen und Reserven zu ermöglichen.“

Weitere Informationen:

FINESSE Projektwebsite