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StartseiteForschung aktuellGlasfaserkabel als Erdbebensensor04.07.2018

Seismische MesstechnikGlasfaserkabel als Erdbebensensor

Die Glasfasernetze der Telekommunikation könnten künftig auch als Erdbebensensoren dienen. Ein Pilotversuch auf Island hat gezeigt, dass sie nicht nur kleinste Bewegungen des Untergrunds registrieren - sie spüren selbst verborgene Störungszonen auf.

Von Dagmar Röhrlich

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(Foto: P. Jousset / GFZ)
Glasfaserkabel lassen sich zu Seismometern umfunktionieren. Tests auf Island haben gezeigt, dass die Kabel Hammerschläge registrieren. (Foto: P. Jousset / GFZ)
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Seismische Netzwerke sind teuer. Eine einzige Station kostet Zehntausende Euro, und der Betrieb eines Netzwerks verschlingt schnell Hunderttausende pro Jahr. Deshalb liegen selbst in den Hochrisikogebieten der reichen Industrieländer zehn oder 20 Kilometer zwischen zwei Stationen. Solche Distanzen sind jedoch zu groß für wirkliche Fortschritte, beispielsweise in der Frühwarnung. Und so setzen die Forscher bei ihrer Suche nach preiswerteren Lösungen auch auf Glasfasernetzwerke.

"Diese Technik an sich ist nicht neu: Die Industrie setzt sie seit Jahren in ihren Bohrlöchern zur Überwachung von Öl- und Gaslagerstätten ein. Wir hatten nun auf Island die Chance, ein zur Datenübertragung zwischen zwei Geothermiekraftwerken ganz normal in rund einem Meter Tiefe verlegtes Glasfaserkabel zu nutzen. Wir haben dann neun Tage lang kontinuierlich gemessen und ein gutes Ergebnis erzielt."

Eine Bebenwelle dehnt und staucht auch Kabel im Untergrund

Philippe Jousset vom Geoforschungszentrum Potsdam wollte testen, wie gut sich dieses herkömmliche Kabel als Erdbebensensor eignet. Die Leitung ist 15 Kilometer lang und stammt aus dem Jahr 1994. Nichts Besonderes also - nur, dass sie über die Bruchzone zwischen der Nordamerikanischen und der Eurasischen Platte hinweg führt. Dort bebt es mehr oder weniger andauernd. Und wann immer eine Bebenwelle durch das Gebiet läuft, dehnt und staucht sie den Untergrund - und damit auch das dort verlegte Kabel.

"Für die Messungen sandten wir kontinuierlich Laserpulse durch eine Faser des Kabels. Nun sind die Glasfasern nicht perfekt, sondern es gibt in ihnen überall Inhomogenitäten, sogenannte Streuzentren. Diese Streuzentren werfen einen Teil des Laserlichts zurück. Wenn sich der Boden bewegt, ändert das die Länge der Glasfaser und damit die relative Lage der Streuzentren zueinander. Dadurch verändert sich das zurückgestreute Licht, und das messen wir dann."

Kilometerlange Glasfaserseismometer 

Zur Kontrolle bauten die Forscher ein normales Seismometernetzwerk auf. Und der Vergleich zeigt: Das kilometerlange "Glasfaserseismometer" funktionierte sehr gut:

"Bei unserem Experiment in Island war es, als ob wir alle vier Meter ein Seismometer installiert hätten. Weil ein Laserpuls alle tausendstel Sekunde los geschickt wurde, waren das 1.000 Messungen pro Sekunde."

Das Bild des Untergrunds, das die Seismologen aus diesen Daten errechneten, war viel genauer als jedes andere zuvor. So spürten sie bei diesen weltweit ersten Messungen über eine große Entfernung hinweg eine bislang unbekannte Bruchzone auf, erfassten die Struktur der tektonischen Verwerfungen wie mit einem Sonar und konnten das Verhalten der Bebenwellen sozusagen live beobachten. Herkömmliche Glasfaserkabel lassen sich also als kostengünstige und "quasi-kontinuierliche Ketten hochsensibler Sensoren" nutzen, urteilen Philippe Jousset und seine Kollegen. Elizabeth Cochran vom USGS Pasadena findet das Ergebnis ihrer Kollegen hoch interessant. Doch ehe die Methode wirklich funktioniere, sei noch viel Forschungsarbeit notwendig.

"Wir müssen erst lernen, die Daten zu kalibrieren"

"So kann es schwierig sein, die Daten aus den Glasfaserkabeln korrekt zu interpretieren. Dass ein Beben passiert, ist einfach zu erkennen. Doch um zu wissen, wie stark ein Beben ist, müssen wir erst lernen, die Daten zu kalibrieren. Derzeit hat diese Technik also für seismologische Untersuchungen noch klare Grenzen."

Für die Gruppe im Philippe Jousset geht es im nächsten Schritt erst einmal darum, die Technik an anderen Orten zu validieren: Das soll in Sizilien passieren mit einem 35 km langen Kabel.

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