Professor Biondo Biondi von der School of Earth, Energy & Environmental Sciences der Stanford University, träumt davon, dieses engmaschige Netz in ein billiges Observatorium mit Milliarden Sensoren für die kontinuierliche Beobachtung und das Studium von Erdbeben zu verwandeln. Während der vergangenen Jahre hat die Biondi-Gruppe gezeigt, dass es möglich ist, das Wackeln gestörter Glasfasern in Informationen über die Richtung und Stärke seismischer Ereignisse umzusetzen. Die Forscher registrierten diese seismischen Bewegungen mit einer fast 5 km langen Schleife aus optischen Fasern, die unterhalb des Campus der Universität mit sogenannten Laserabfragesystemen von der Firma OptaSense installiert wurde.
Überwachungssystem aus Fasern ist günstig
Bioni: «Wir monitoren kontinuierlich und sehr gut die Erde mit vorhandenen optischen Fasern, die für die Dienste der Telekommunikation installiert wurden.» Zurzeit überwachen Forscher weltweit Erdbeben mit Seismometern, die empfindlicher als die vorgeschlagenen Telekommunikationsnetze sind. Deren geografische Abdeckung ist aber nicht nur spärlich, sondern die Installation und Betriebskosten sind teuer, speziell in unbewohnten Gebieten. Ein Überwachungssystem wie das von Professor Biondi würde viel geringere Betriebskosten aufweisen. Biondi: «Jeder Meter optische Faser in unserem Netz agiert wie ein Sensor und kostet weniger als ein Dollar bei der Installation. Mit herkömmlichen Seismometern ist so ein Netz mit dieser Abdeckung, Dichte und Kosten nicht realisierbar.»
Etwa 800 Ereignisse in knapp zwei Jahren aufgezeichnet
Mit einem derartigen Netz können Wissenschaftler Erdbeben, speziell auch kleinere, weitaus detaillierter erforschen und deren Quelle genauer bestimmen. Hinzu kommt eine grössere Auflösung der Messungen. Optische Fasern sind dünne Strähnen aus reinem Glas und sind etwa so dünn wie ein menschliches Haar. Sie werden typischerweise gebündelt und übertragen Datensignale über grosse Entfernungen, wobei elektronische Signale in Lichtsignale umgesetzt werden. Seit das seismische Observatorium an der Universität im September 2016 in Betrieb ist, hat es über 800 Ereignisse aufgezeichnet und katalogisiert. Diese waren sowohl durch Menschen verursachte Vorfälle sowie kleine, kaum bemerkbare Beben als auch grosse und tödliche Katastrophen, wie zum Beispiel die 3200 km entfernte Katastrophe in Mexiko in 2017. Das Untergrundnetz konnte sogar zwei lokale Erdbeben mit einer Stärke von nur 1,6 und 1,8 registrieren. Von besonderer Bedeutung ist, dass das Fasernetz auch zwischen zwei unterschiedlichen Wellentypen (P und S), die durch die Erde wandern, differenzieren kann.
Das Faser-Observatorium an der Stanford University ist nach Ansicht von Professor Biondi nur der erste Schritt zu einem seismischen Netz, das die gesamte Bay-Area abdecken wird. Es muss auch noch demonstriert werden, dass das Netz eine ganze Stadt abdecken kann.
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