Philippe Jousset analysiert Science-Studie zum „Distributed Acoustic Sensing“ unter Wasser.
Verwerfungen – physische Brüche in der Erdkruste - sind eine geologische Begebenheit von weitreichender Bedeutung. Erdbeben werden durch die Bewegung tektonischer Platten bei Verwerfungen verursacht, Verwerfungen können wichtige Ressourcen wie mineralreiche Flüssigkeiten, Öl, Gas und heißes Wasser an die Erdoberfläche transportieren. Leider weiß die Wissenschaft noch nicht, wo sich alle Verwerfungen der Erde befinden, vor allem nicht, wenn diese unter Städten oder am Meeresboden liegen.
In der neuesten Ausgabe der Fachzeitschrift Science analysiert Philippe Jousset aus der GFZ-Sektion Oberflächennahe Geophysik in einem 'Science Insights Perspective' genannten Beitrag die Studie eines Teams von Forschenden um Nathaniel J. Lindsey von der University of California in Berkeley und dem Lawrence Berkeley National Laboratory, USA, mit dem Titel „Illuminating seafloor faults and ocean dynamics with dark fibre distributed acoustic sensing“. Die Rubrik 'Insights' von Science präsentiert Analysen von Expertinnen und Experten zu Themen, die für Lesende von besonderem Interesse sind. 'Perspectives' heben die aktuelle Forschungsergebnisse hervor und liefern Zusammenhänge in einem Fachgebiet oder erklären die potenzielle interdisziplinäre Bedeutung.
Die Studie beschreibt die Verwendung von Daten, die von Unterwasser- Glasfaserkabel erzeugt werden, um bisher nicht identifizierte Verwerfungen im Meeresboden zu entdecken. Das dabei verwendete Verfahren wird als 'Distributed Acoustic Sensing' (DAS) bezeichnet und ist ein relativ neues. Es besteht darin, ein Glasfaserkabel mit Laserpulsen zu untersuchen und das Licht zu analysieren, das in die Richtung, aus der es stammt, zurückreflektiert wird. Dies ermöglicht eine nahezu kontinuierliche Messung der Dehnung, die sich aus dem Durchlaufen seismischer Wellen entlang mehrerer Kilometer langer Fasern ergibt. Diese Glasfaserkabel sind vergleichbar mit denen für die Telekommunikation und die Internetübertragung.
Philippe Jousset ist einer der Pioniere in der DAS-Forschung. In Island nutzte er – zusammen mit einem Forschungsteam und Thomas Reinsch aus der GFZ-Sektion Geoenergie – kürzlich DAS, um Bodenverwerfungen an der Erdoberfläche mittels Telekommunikationskabeln zu kartieren. „Obwohl DAS in einer Vielzahl von Disziplinen schnell neue Anwendungen findet, wird erwartet, dass es zukunftsträchtige Beiträge zu geophysikalischen Studien leisten wird, da die unbekannten strukturellen und seismologischen Eigenschaften der Erde mit großer Genauigkeit untersucht werden können“, schreibt Philippe Jousset in seiner "Perspektive" für 'Science Insights'.
Die neue Studie von Nathaniel J. Lindsey und seinen Kollegen könnte einer dieser Beiträge werden. Während der Wartung des Untersee-Observatoriums MARS – dem Monterey Accelerated Research System in der Monterey Bay, Kalifornien – schlossen Lindsey und sein Team ein DAS-Abfragegerät an das Glasfaserkabel an, das normalerweise für die Datenübertragung verwendet wird. Der DAS-Abfragegerät sendete aufeinanderfolgende Lichtimpulse in die Faser und analysierte rückgestreutes Licht. MARS arbeitet in der Regel als ozeanographisches Instrument zur Messung verschiedener am Meeresboden befindlicher und verankerter Instrumente. Die meisten ozeanographischen Instrumente, die sich auf dem Meeresboden befinden, haben keine Verbindung zu den Land- oder Meeresoberflächen, daher müssen sie mit Batterien betrieben werden und ihre eigenen Daten speichern. Die kabelgebundene Observatorium MARS beseitigt diese Einschränkungen, indem es eine Stromversorgung für die Unterwasserinstrumente bereitstellt und ihre Daten über ein optisches Kabel an die Oberfläche überträgt.
„Nach vier Tagen kontinuierlicher Messung nutzten die Autoren die resultierenden Dehnungsdaten, um bisher unbekannte Verwerfungen zu kartieren und Mechanismen für die Ursachen von Mikrobeben zu entwerfen“, schreibt Jousset. „Eines der aufregendsten neuen Merkmale der Studie ist, dass das abgefragte optische Kabel unter Wasser liegt. Erdbeben können tief in der Monterey Bay auftreten, wo wenig über Verwerfungen bekannt ist.“
Dies ist vielleicht der Auftakt zu einem neuen Forschungsgebiet. Andere dieser Unterwasserobservatorien, wie beispielsweise die European Multidisciplinary Seafloor and Water Column Observatory (EMSO), das über Sensoren im Atlantik sowie im Mittelmeer und im Schwarzen Meer verfügt, haben ein großes Potenzial, die Lücken bei der Suche nach Verwerfungen auf der ganzen Welt zu füllen. (ph)
Weiterführende Informationen:
- Zur Veröffentlichung in Science
- Zum Originalpapier Lindsey, N.J., Dawe, T.C., Ajo-Franklin, J.B., 2019. Illuminating seafloor faults and ocean dynamics with dark fiber distributed acoustic sensing
- Monterey Accelerated Research System (MARS) Cabled Observatory
- European Multidisciplinary Seafloor and water column Observatory (EMSO)
