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Seismische Aktivität wird bislang meist nur punktuell erfasst, und gerade über die geologischen Prozesse bei kleineren Erdbeben existieren nicht viele Daten aus dem Untergrund. Das möchte das Team um Prof. Dr. Rebecca Harrington, Leiterin der Abteilung Hydrogeomechanik an der Ruhr-Universität Bochum, ändern. Bereits existierende Glasfaser-Kabel, die sich für die Kommunikationsinfrastruktur über die ganze Welt erstrecken, wollen die Forscherinnen und Forscher für die Überwachung von seismischer Aktivität nutzbar machen. Die VolkswagenStiftung fördert den Ansatz im Rahmen ihrer Initiative „Momentum ‒ Förderung für Erstberufene“ mit rund 800.000 Euro für sechs Jahre. Die Arbeiten beginnen voraussichtlich im September 2021.

In dem Forschungsvorhaben „Implementing Distributed Acoustic Sensing (DAS) for earthquake research“ soll das sogenannte Distributed Acoustic Sensing Einsatz finden, eine Methode, die sich gerade in der Erdbebenforschung etabliert. Sie ermöglicht es, mit hoher Auflösung zu verfolgen, wie sich das Spannungsgefüge in der Umgebung von geologischen Verwerfungen entwickelt und wie geologische Verwerfungen versagen – was die Ursache für Erdbeben ist.

Glasfaser-Kabel als seismische Sensoren

Das Team um Rebecca Harrington möchte dabei sowohl bereits existierende Glasfaser-Internetleitungen nutzen als auch neue optische Kabel speziell für das DAS-Verfahren verlegen. Für die Methode schickt das Team gepulstes Laserlicht an einem Ende in das Kabel und zeichnet gleichzeitig eine Art Echo dieses Lichtstrahls auf. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ermitteln dabei die Phasenverschiebung und Streuung, die das Licht auf seinem Weg durch den Untergrund erfährt. Aus diesen Parametern können sie auf seismische Ereignisse im Untergrund zurückschließen – und das alles, indem sie ein einziges Messinstrument an einem Ende eines Kabels anschließen.

Auf diese Weise entsteht ein großflächiges und kostengünstiges Sensornetzwerk, das entlang der Kabel alle paar Meter einen Messpunkt besitzt. „Eine solche räumliche Auflösung auf einer so großen Fläche wäre mit den Standardmethoden zur Erdbebenbeobachtung vermutlich unmöglich zu erreichen“, sagt Rebecca Harrington. Auch Daten aus bislang für die Erdbebenforschung unzugänglichen Bereichen wie dem Meeresboden werden durch Distributed Acoustic Sensing verfügbar; denn unter den Ozeanen ist ein dichtes Netzwerk an Glasfaser-Verbindungen verlegt.

Mit den neuen Messdaten möchte Rebecca Harrington untersuchen, was genau geologische Verwerfungen zum Versagen bringt und somit Erdbeben auslöst und welche Rolle die Bewegung von Flüssigkeiten im Untergrund dabei spielt.