Glasfaser als Erdbeben-Sensor Zweites Leben für die Sinnlos-Kabel

Weltweit sind Millionen Kilometer ungenutzte Glasfaserkabel verlegt. Forscher wollen diese nun als Erdbeben-Sensor nutzen. Erste Tests sind bereits erfolgreich verlaufen.

Glasfaserkabel unter einer Straße in München (Archivbild)
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Glasfaserkabel unter einer Straße in München (Archivbild)

Aus New Orleans berichtet


Ob das Zitat wirklich von Mark Twain stammt, ist schwer zu sagen. Aber zumindest an der Aussage gibt es kaum Zweifel: "Prognosen sind schwierig, vor allem wenn sie die Zukunft betreffen." Das zeigte sich auch beim Hype um Glasfaserkabel.

In den Neunzigern hatten Telekomfirmen vor allem in den USA, aber auch in zahlreichen anderen Ländern, riesige Mengen davon im Boden vergraben. Sie hatten auf gute Geschäfte gehofft. Doch irgendwann mussten sie sich eingestehen, dass sie sich verzockt hatten.

Das lag unter anderem daran, dass die Dotcom-Blase platzte. Viele der Kabel blieben ungenutzt, also dunkel, im Boden liegen. Sie wurden als "dark fiber" verspottet. Verschärft wurde das Problem der dunklen Fasern noch durch clevere Ingenieure. Sie erfanden die DSL-Technik, mit denen ein herkömmliches Kupferkabel durch Nutzung mehrerer Frequenzen viel mehr Daten auf einmal übertragen konnte. Der Bedarf an Glasfasern sank also weiter. Firmen wie Global Crossing oder Worldcom gingen darüber pleite.

"Es gibt keine offiziellen Zahlen, wie viel 'dark fiber' existiert", sagt Jonathan Ajo-Franklin vom Lawrence Berkeley National Laboratory des US-Energieministeriums. "Aber es sind Millionen Kilometer. 'Dark fiber' ist überall."

Zusammen mit Kollegen macht der Forscher nun einen Vorschlag, wie sich zumindest ein Teil der Kabel sinnvoll nutzen lässt - und zwar als Erdbebendetektor. Gerade hat das Team dazu einen Fachartikel im Magazin "Geophysical Research Letters" veröffentlicht. Außerdem berichtete Ajo-Franklin beim Jahrestreffen der Amerikanischen Geophysikalischen Vereinigung (AGU) in New Orleans von den Versuchen. Auch andere Teams arbeiten mit vergleichbaren Ansätzen.

Etwa 100.000 Laserpulse pro Sekunde

Grundlage ist eine Technik namens Distributed Acoustic Sensing (DAS). Dabei werden kurze Laserpulse, etwa 100.000 pro Sekunde, durch das Glasfaserkabel geschickt. Weil es kleine Unreinheiten im Material gibt, wird das Laserlicht auf seinem Weg dabei immer minimal gestreut. Wenn sich die Länge des Lichtwellenleiters - etwa durch die auftreffenden Wellen eines Erdbebens - ein klein wenig ändert, lässt sich auch ein anderes Streuungsbild beobachten. Daraus wiederum können die Forscher errechnen, an welcher Stelle sich die Glasfaser wie stark verformt hat - und zwar auf bis zu einem Meter genau.

Für sein Forschungsnetzwerk "ESnet" hat das US-Energieministerium rund 21.000 Kilometer an 'dark fiber' in den gesamten USA aufgekauft. Ajo-Franklin und seine Kollegen nutzten davon nun etwa 25 Kilometer im US-Bundesstaat Kalifornien, zwischen West Sacramento und Woodland. Seit dem Sommer halten sie nach minimalen Verformungen im Kabel Ausschau. Dabei konnten sie nicht nur lokale und regionale Erdbebenereignisse aufzeichnen, sondern auch solche aus dem Südseekönigreich Tonga - und die Wellen der zwei großen Beben in Mexiko in diesem September.

Ähnliche Experimente hat auch ein Team um den Geophysiker Biondo Biondi an der Stanford University unternommen, allerdings hatten die Wissenschaftler in bereits existierenden Kabelkanälen auf dem Uni-Campus etwa fünf Kilometer Glasfaser neu verlegt. Innerhalb eines Jahres zeichneten sie nach eigenen Angaben rund 800 Beben verschiedenster Stärke auf - inklusive zweier schwacher lokale Erschütterungen mit einer Magnitude von gerade einmal 1,6 und 1,8. Auch der Unterschied zwischen den schnelleren P-Erbebenwellen und den langsameren S-Wellen sei gut erkennbar gewesen, so die Forscher.

"Eine der heißesten Sachen seit Langem"

Die Sensibilität der Glasfasertechnik sei etwa in der Größenordnung von leistungsfähigen Seismometern, wie sie sonst für die Erdbebenmessung zum Einsatz kommen, sagt Ajo-Franklin.

Seismometer an einem Vulkan in Island (Archivbild)
AFP

Seismometer an einem Vulkan in Island (Archivbild)

Auch Wissenschaftler des Deutschen GeoForschungsZentrums in Potsdam arbeiten mit dem Verfahren. Sie nutzen für ihre Versuche Glasfaserkabel auf Island. Zum Team gehört auch der Geophysiker Michael Weber. "Wenn das wirklich so funktioniert, wie wir uns das vorstellen, ist das eine der heißesten Sachen in der Seismologie seit Langem", sagt er.

Normalerweise lägen die Messstationen seismologischer Netze Hunderte Kilometer auseinander, so Weber. Jetzt könne man stattdessen alle paar Meter Daten sammeln - zumal an Orten, wo man sonst kaum große Mengen an Seismometern aufstellen könne, in Innenstädten zum Beispiel.

Sein Kollege Ajo-Franklin schwärmt auch von möglichen Messungen am Meeresgrund, wo es bisher keine Seismometer gebe - aber jede Menge Glasfaserkabel. "Die Technik steckt noch in den Kinderschuhen", sagt er. "Aber die Möglichkeiten sind sehr aufregend."

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