Mit Glasfaser gegen die Lava – Wie Island die Vulkanüberwachung revolutioniert
Island, die Insel aus Feuer und Eis im Nordatlantik, ist zum Vorreiter einer bahnbrechenden Technologie geworden, die hilft, Vulkanausbrüche schneller und präziser vorherzusagen. Geowissenschaftler setzen dort auf ein Netzwerk aus Glasfaserkabeln, die ursprünglich für den Datenverkehr des Internets verlegt wurden und nun auch dazu genutzt werden, um kleinste Bodenbewegungen zu messen – und so die Vorzeichen von Magmaintrusionen wie jene vom 10. November 2023 in Grindavik frühzeitig zu erkennen.
Das Prinzip nennt sich Distributed Acoustic Sensing (DAS). Dabei werden bestehende – und mittlerweile auch neu verlegte – Glasfaserkabel mit speziellen Analysegeräten verbunden, die aus winzige Laufzeitunterschiede von Lichtimpulsen Veränderungen im Untergrund ableiten können. Jedes Kabel wird so zu Tausenden virtueller Sensoren. Auf Island hat diese Technik bereits erste große Erfolge erzielt: Besonders auf der Reykjanes-Halbinsel, wo sich der Boden seit 2020 immer wieder hebt, Risse bildet und neue Vulkanspalten aufbrechen, konnten Forscher Intrusionen von Magma in Echtzeit verfolgen und so Warnungen aussprechen. In einem Fall erkannte man auch, dass nur eine kleine Intrusion im Gang war, und verhinderte so einen Fehlalarm.
Eine aktuelle Studie zeigte, wie das Glasfasernetz half, die Entwicklung eines Dykes – eines magmatischen Gangs im Untergrund – zwischen den Sundhnúkur-Kratern und Grindavík aufzuzeichnen. Aus den gemessenen Dehnungen konnten die Wissenschaftler sogar die Geschwindigkeit berechnen, mit der sich das Magma im Untergrund ausbreitet. In einigen Fällen betrug sie zunächst fast einen Meter pro Sekunde, verlangsamte sich dann, als das Magma näher an die Oberfläche kam. Besonders eindrucksvoll: Schon bevor sich erste oberflächennahe Erdbeben zeigten, registrierte das Glasfaserkabel tiefere Bewegungen.
Inzwischen wird die DAS-Technik weltweit an Vulkanen getestet: am Ätna in Italien, am Kilauea auf Hawaii und sogar im Yellowstone-Gebiet der USA. Es gibt auch Überlegungen diese Technik in den italienischen Campi Flegrei anzuwenden. Überall dort versprechen sich Geophysiker neue Einblicke in die Entstehung von Ausbrüchen. Noch stehen viele dieser Projekte am Anfang – Island ist aktuell der einzige Ort, wo DAS bereits in einem operativen Überwachungsbetrieb eingesetzt wird.
DAS wird aber nicht nur in der Vulkanüberwachung eingesetzt. Ursprünglich wurde es zu Überwachung von Infrastruktur wie Pipelines, Gleisanlagen, Brücken und Tunneln entwickelt. Die Geoforscher haben die bereits existierende Technik adaptiert.
Wie funktioniert Distributed Acoustic Sensing (DAS)
Die Grundprinzipien von DAS sind einfach: Ein sogenannter Interrogator wird an ein Glasfaserkabel angeschlossen und sendet kontinuierlich Laserimpulse durch die Faser. Natürliche Unregelmäßigkeiten in der Glasfaser verursachen eine geringe Rückstreuung des Lichts (Rayleigh-Streuung). Wenn das Kabel durch externe Einflüsse wie Vibrationen, akustische Wellen oder Dehnungen beeinflusst wird, verändern sich die Eigenschaften des rückgestreuten Lichts minimal. Diese Veränderungen werden vom Interrogator erfasst und analysiert, um den Ort und die Art der Störungen entlang der Faser zu bestimmen. Dadurch ermöglicht DAS eine kontinuierliche und präzise Überwachung großer Netzwerke in Echtzeit.
Durch die Kombination von DAS-Daten mit Satellitenaufnahmen (InSAR), GNSS-Messungen und klassischen Seismometern entsteht ein nahezu lückenloses Bild der unterirdischen Vorgänge. Künftig könnten Bewohner gefährdeter Gebiete noch früher gewarnt werden – vielleicht Stunden oder sogar Tage vor einer Eruption.
DAS bietet den Vorteil, dass es gegenüber den satellitengestützten Messmethoden eine deutlich höhere zeitliche Auflösung bietet und bereits kleinere Bodendeformationen erfassen kann. Besonders bei InSAR-Messungen können Tage zwischen zwei Überflügen eines Satelliten über eine bestimmte Region vergehen. Dafür bietet diese Methode aber den Vorteil, dass sie überall auf der Welt funktioniert. Die DAS-Technik kommt vor allem im urbanen Siedlungsbereich zum Einsatz, dort, wo schon Glasfaserkabel liegen. Und natürlich auf Vulkanen, wo mittlerweile extra entsprechende Kabel verlegt werden. Das ist allerdings nicht ganz unkritisch zu betrachten, denn die Verlegung von Glasfaserkabeln geht nicht ohne Eingriff in die Natur vonstatten und diese Kabel verrotten natürlich nicht und bleiben lange Zeiträume erhalten. (Quelle: Studie science.org)
Aktuelle Situation auf Island
Apropos Island: Dort hat sich die Bodenhebung deutlich verlangsamt und nähert sich weiter den Werten an, die wir vor der Eruption Anfang des Monats gesehen haben. Auch die Erdbebentätigkeit der letzten Tage war geringer als in der Vorwoche, was aber zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass es durch starke Winde zu einer Beeinträchtigung in der Erdbebenerfassung kam. Unter Bardarbunga manifestierte sich gestern ein Erdbeben M 3,2.