Günstige Alternative

Forscher machen aus Glasfasernetz Erdbebensensor

Erdbeben und Tsunamis lassen sich mittels Glasfasernetz vorhersagen. Das haben Schweizer Forscherinnen und Forscher herausgefunden. Die kostengünstige Methode soll die genaue Messung von Erdbeben am Ozeanboden oder in Ländern ermöglichen, denen das Geld für ein ausreichend dichtes Messnetz fehlt.

Ein dichtes Netz von Erdbebenmessstationen ist in reichen Ländern wie der Schweiz eine Selbstverständlichkeit. In weniger entwickelten Ländern und auf dem Grund der Weltmeere ist das nicht der Fall. Während in ärmeren Weltgegenden das Geld für die nötige Anzahl an Sensoren fehlt, müssen in den Ozeanen aufwändige Systeme installiert werden, um die minimalen Druckänderungen in Tausenden von Metern Tiefe zuverlässig zu messen und die Datensignale an die Meeresoberfläche zu bringen.

Wissenschaftler vom Institut für Geophysik der ETH Zürich haben jetzt in Zusammenarbeit mit dem Eidgenössischen Institut für Metrologie METAS eine verblüffende und kostengünstige Methode gefunden, mit der genaue Erdbebenmessungen auch am Ozeanboden und in weniger entwickelten Ländern möglich werden. „Wir nutzen eine Funktion der bestehenden Glasfaserinfrastruktur und gewinnen die Erschütterungsdaten aus der aktiven Rauschunterdrückung, die in der optischen Datenkommunikation die Genauigkeit der Signale erhöht“, erklärt Geophysikprofessor Andreas Fichtner.

Die Daten der aktiven Rauschunterdrückung müssen dabei lediglich gespeichert und ausgewertet werden. Dazu seien weder zusätzliche Geräte noch teure Infrastruktur nötig, so die Hochschule in einer Mitteilung.

Zweitverwertung der Rauschunterdrückungsdaten
Die sogenannte Active Phase Noise Cancellation (PNC) der Glasfaserkabel funktioniert ähnlich wie das Noise-Cancelling bei Kopfhörern. Dabei nehmen Mikrofone Außengeräuschesche auf, und speisen praktisch in Echtzeit ein Gegensignal ein, dass die Geräusche von außen unhörbar macht.

Deformationen verändern Frequenz minimal
Bei Glasfasern, die Lichtsignale übertragen, entsteht der „Lärm“ dadurch, dass die Fasern durch Bewegungen der Erdoberfläche leicht verformt werden. Dies wiederum führt zu einem sogenannten fotoelastischen Effekt, der die Lichtgeschwindigkeit in der Faser minimal schwanken lässt. Das verändert die Frequenz der Lichtsignale um einen winzigen Faktor, der dann durch PNC korrigiert wird. Aus diesen Daten der PNC können Forschende Erdbeben ablesen. 

Exakte Übereinstimmung mit Erdbebendienst
Getestet haben die Forscherinnen und Forscher die Methode am 123 Kilometer langen Glasfaserkabel zwischen Basel und Bern während eines Erdbebens der Magnitude 3,9. Dabei konnten sie jede Welle des Erdbebens detailliert nachvollziehen, wie aus den im Fachblatt „Scientific Reports“ publizierten Daten hervorgeht. Eine Modellierung des Bebens entsprach äußerst exakt den Messungen des Schweizerischen Erdbebendienstes.

Diese exakte Übereinstimmung zeigt laut ETH, dass sich mit den PNC-​Daten sowohl der Ort als auch die Tiefe und Stärke eines Bebens mit hoher Genauigkeit bestimmen lassen.