Erdbeben und Vulkanausbrüche: Glasfaserkabel als Frühwarnsystem

Seismografen registrieren Bodenbewegungen, Glasfasern können das aber besser. Forscher hoffen, mit ihnen Erdbeben und Vulkanausbrüche besser vorhersagen zu können.

Ein Bericht von Werner Pluta veröffentlicht am 5. Juli 2022, 12:01 Uhr

Glasfaserkabel sollen Vulkanaktivität erkennen. (Bild: Pixabay.com/Pixabay License)

Wissen, wann es bebt: Vulkanausbrüche und Erdbeben haben oft verheerende Folgen. Wie gut wäre es, solche Ereignisse vorhersagen zu können. Das sei unmöglich, sagt Philippe Jousset im Gespräche mit Golem.de. Aber er und andere arbeiten daran, so nah wie möglich an eine verlässliche Prognose heranzukommen.

"Ich glaube nicht, dass wir vorhersagen können, dass es ein Erdbeben an einem bestimmten Ort geben wird, egal mit welcher Technik. Wir können hoffen, dass wir mit mehr und genaueren Messungen und Daten Anzeichen früher erkennen", sagt der Wissenschaftler vom Deutschen Geoforschungszentrum (GFZ) in Potsdam. Jousset ist Seismologe, Erdbebenkundler und studiert die Aktivität von Vulkanen, unter anderem am Ätna auf Sizilien, Europas größtem und aktivsten Vulkan.

Normalerweise werden Erdbewegungen mit Seismometern oder Seismografen oder Geofonen gemessen. Doch Jousset und andere nutzen seit einigen Jahren ein anderes Mittel dazu, das oft genug schon zur Verfügung steht: Glasfaserkabel.

Licht findet Fehler in der Faser

Mit einer Technik namens Distributed Fibre Optic Sensing (DFOS) lassen sich Veränderungen in den Lichtwellenleitern erfassen. Dazu werden Lichtpulse durch die Faser geschickt und das zurückgestreute Licht analysiert. Daraus lassen sich Rückschlüsse über Veränderungen in der Glasfaser ziehen. Verschiedene Parameter können durch unterschiedliche Wechselwirkungen des Lichts mit der Glasfaser gemessen werden: Temperatur (Distributed Temperature, DTS) Dehnungsgeschwindigkeit (Distributed Acoustic Sensing, DAS) oder Dehnung (Distributed Strain Sensing, DSS).

Ein Abfragegerät, ein sogenannter Interrogator, sendet etwa 10.000 Laserpulse in der Sekunde in die Glasfaser. An bestimmten Stellen wird das Licht zurückgestreut, etwa an Unreinheiten im Glas. Daran lässt sich eine Signatur für das Kabel erstellen.

Das Licht werde aber auch zurückgestreut, wenn die Faser deformiert werde, sagt Jousset, also gedehnt oder gestaucht. Auslöser können akustische Wellen oder Temperaturänderungen sein, aber auch Bewegungen im Boden.

Solche Ereignisse lassen sich entlang einer Faser verfolgen und mit DAS genau vermessen. "Wir wissen an jeder Stelle entlang der Faser, wie die Faser gedehnt oder gestaucht wird", beschreibt Jousset das Verfahren.

Jousset belauscht Vulkane

Mit diesem System hat das Team um Jousset und Gilda Currenti vom Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia in Catania die Aktivitäten des Ätna belauscht. Im ersten Jahr nutzte es zwei bereits vorhandene Glasfaserleitungen in den umliegenden Gemeinden und konnte dort Erdbeben detektierten.

Später wollten die Forscher Messungen in der Nähe des Gipfels durchführen. Da gibt es natürlich kein Internet, "also mussten wir die Glasfaser unter dem Vulkan in der Nähe des Gipfels verlegen", erzählt Jousset. Etwa zwei Kilometer von den Gipfelkratern entfernt, wurde für das Projekt in Piano delle Concazze eine ungefähr 1,3 Kilometer lange Glasfaserleitung 20 Zentimeter unter der Oberfläche verlegt.

Damit konnte die Deformation des Vulkans genauer als bisher vermessen werden. So hätten beispielsweise bei einem Erdbeben die konventionellen Sensoren, die als Array ausgebracht sind, keine spezifischen Details an Verwerfungen erfasst - die Glasfaser hingegen schon. "Das zeigt, dass wir aufgrund der sehr dichten Aufzeichnung Merkmale viel besser erkennen können", erklärt Jousset.

Sie entdeckten sogar einiges, was sie sich nicht erklären konnten.