Gute Ergebnisse im Praxistest 18.05.2020, 06:42 Uhr

Mit Glasfaserkabeln Gletscher überwachen

Gletscher sind permanent in Bewegung, und sie verändern sich. Umso wichtiger ist es, sie zu überwachen. Schweizer Wissenschaftler gehen dabei jetzt einen neuen Weg: Sie nutzen Glasfaserkabel, um Veränderungen zu detektieren. Sie sind einfacher zu installieren, und das bei einer höheren Zahl an Messpunkten.

Gletscher

Gletscher sehen aus, als seien sie für die Ewigkeit bestimmt. Tatsächlich verändern sie sich permanent. Mit Glasfaser lässt sich das messen.

Foto: Panthermedia.net/vichie81

Es knackt, fließt, schmilzt – und bewegt sich. Die Kraft des Eises ist nicht zu unterschätzen. Deswegen werden viele Gletscher überwacht, und die Klimaerwärmung hat die Bedeutung dieses Gletscher-Monitorings in den Fokus gerückt. Das gilt vor allem für Bergregionen, wo größere Veränderungen gravierende Folgen für Mensch und Umwelt haben könnten, beispielsweise in der Schweiz. Wissenschaftler an der ETH Zürich haben jetzt einen Weg gefunden, die Veränderungen im Eis unkomplizierter nachverfolgen zu können: Sie verwenden dafür Glasfaserkabel.

Für die Schweizer Forscher ist Gletscherüberwachung eine Selbstverständlichkeit. Es existiert sogar eine eigene Institution dafür: Das Schweizerische Gletschermessnetz (GLAMOS – Glacier Monitoring in Switzerland) dokumentiert umfassend, wie sich die Gletscher in den Schweizer Alpen entwickeln. Hinter Glamos stehen verschiedene Hochschulen, unter anderem die ETH Zürich. So ist es nicht verwunderlich, dass dort auch intensiv an neuen technischen Möglichkeiten geforscht wird. Fabian Walter hat aktuell eine Studie vorgelegt, in der er Glasfaserkabel für die Gletscher-Überwachung getestet hat. Walter hat an der ETH eine Förderprofessur des Schweizerischen Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (SNF).

1.000 Meter Glasfaser auf dem Rhonegletscher

Derzeit nutzen Forscher unter anderem Satellitenbilder für das Monitoring der Gletscher-Bewegungen. Eine Ergänzung sind Seismometer, die Erschütterungen registrieren, sodass es möglich ist, mit ihnen, vereinfacht gesagt, in den Gletscher hineinzuhören. Allerdings ist der Aufwand groß, um in schlecht zugänglichen Gletscherregionen Messgeräte einzurichten. Unterm Strich ist daher in der Regel die Zahl der Messpunkte nicht sehr hoch. Das Verlegen von Glasfaserkabeln ist einfacher, weswegen Walter sich davon eine gute Datenbasis verspricht. Seine theoretischen Ansätze hat sein Team gemeinsam mit Kollegen vom Institut für Geophysik der ETH Zürich umgesetzt.

Die Wissenschaftler haben sich für den Praxistest den Rhonegletscher im nordöstlichsten Zipfel des Kantons Wallis ausgesucht. In einer Höhe von 2.500 Metern verlegten sie Glasfaserkabel von einem Kilometer Länge. Wichtig ist dabei, dass dies ohne viel Aufwand passierte. Es reichte, die Kabel einige wenige Zentimeter tief unter der Schneedecke des Gletschers zu platzieren. Für die anschließende Auswertung haben die Wissenschaftler jede kleine Störung des optischen Signals im Glasfaserkabel gemessen. Mit dieser Technik des sogenannten Distributed Acoustic Sensing konnten sie entlang des gesamten Kabels kleinste Erschütterungen feststellen. Damit stieg die Zahl der Messpunkte deutlich an – insgesamt waren es 500 Messpunkte pro Glasfaserkabel. Die Ergebnisse stellten die Forscher ebenfalls in einem Seismogramm dar.

Zusammengefasst lässt sich also sagen, dass die Installation der Glasfaserkabel unkomplizierter ist im Vergleich zu Seismometern. Gleichzeitig sind die erhobenen Daten deutlich umfangreicher. Nach Angaben der Forscher können mit der neuen Methode unter anderem Steinschläge und Eisbeben exakter lokalisiert werden. Außerdem ist es ihnen gelungen, neue Erkenntnisse über die Fließbewegungen der Gletscher zu gewinnen, sowie über die Zusammensetzung des Eises. Solche Informationen können die Forscher nämlich indirekt aus der Geschwindigkeit der seismischen Wellen ableiten.

Glasfaser sind auch in Erdbeben-Gebieten im Einsatz

Die Idee, Glasfaserkabel einzusetzen, um Erschütterungen zu bestimmen, stammt übrigens nicht von Walter. Für die Überwachung von Erdbeben sind sie bereits teilweise im Einsatz. Für den Seismologen Walter, der auf Eisbeben spezialisiert ist, lag es daher nahe, diese Technik als einer der ersten Glaziologen für Gletscher anzuwenden.

„Zurzeit arbeiten auch andere Forschungsteams, etwa in Alaska, in diesem Bereich, denn Glasfaserkabel bieten in dieser rauen Umgebung viele Vorteile. Während für die Einrichtung einer seismischen Messstation, die nur einen winzigen Gletscherbereich abdeckt, oft mehrere Arbeitsstunden erforderlich sind, wird ein Glasfaserkabel mit Hunderten von Sensoren ganz einfach ausgerollt. So lassen sich theoretisch ganze Gletscher überwachen“, sagt er.

Ob sich Glasfaserkabel auch für Messungen in anderen Anwendungsbereichen eignen, muss noch erforscht werden. Praktisch wäre es, da sie zunehmend verlegt werden, unter anderem für schnelles Internet. Eine Überlegung ist es beispielsweise, Dark-Fibre-Glasfaserkabel – sie sind verlegt, aber noch nicht mit dem Glasfasernetz verbunden – für die Erdbebenüberwachung in Städten zu nutzen.

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  • Nicole Lücke

    Die Autorin ist freiberufliche Redakteurin und auf Themen in den Bereichen Technik und Medizin spezialisiert

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