Der Ozean bedeckt mehr als zwei Drittel der Erdoberfläche. Für Seismologen, Ozeanographen und andere, die die Bewegungen unseres Planeten kontinuierlich überwachen wollen, ist diese Tatsache problematisch. Die Meere können dunkle, trübe Orte sein, an denen wichtige Daten wie Erdbeben und seismische Gefahren schwer zu bekommen sind.
Aber nur weil die Ozeane geheimnisvoll sind, heißt das nicht, dass es ihnen an Infrastruktur mangelt: Auf der einen Seite die mehr als 750.000 Kilometer Telekommunikationskabel, die es dem Internet ermöglichen, Kontinente zu durchqueren. Das wissen auch Wissenschaftler. Sie fingen an, mit dieser Infrastruktur zu spielen, um Erdbeben zu erkennen.
Ihr jüngster Schritt in diese Richtung: die Verwendung eines transatlantischen Kabels, um Erdbeben zu finden, wie sie es in getan haben ein Dokument Veröffentlicht in Wissenschaft 20. Mai. Die Forscher, angeführt von Giuseppe Marra am britischen National Physical Laboratory entdeckten zwei Erdbeben, von denen eines seinen Ursprung auf der halben Welt hatte.
„Wir haben sehr wenig Offshore-Erkennung. Sehr begrenzt. Es ist lächerlich, was wir haben“, sagt er Zack Spica, ein Seismologe an der University of Michigan, der nicht einer der Autoren dieses Artikels war. „Aber jetzt erkennen wir, dass wir tatsächlich Tausende von möglichen Sensoren da draußen haben, also könnten wir vielleicht anfangen, uns zu vertiefen und zu untersuchen, was los ist.“
Heutzutage haben Telekommunikationsunternehmen Glasfaser in ein gewebt kompliziertes Netz über den Globus geworfen. Diese Kabel sind versteckte, aber entscheidende Komponenten, die das Internet zum Laufen bringen. Sie verbinden nicht nur die Hemisphären, sondern bieten auch eine wesentliche Verbindung zu isolierteren Teilen der Welt.
(Fragen Sie einfach Tonga, dessen Kabelverbindung Anfang dieses Jahres durch einen Vulkanausbruch zerrissen wurde. Menschen und Hilfsmaßnahmen auf den Inseln sind oft musste rechnen auf schneckenartigem 2G-Satelliteninternet, bis das Kabel repariert ist.)
Die Verwendung von Kabeln zur Unterwasserortung ist keine neue Idee. Die Idee basierte zunächst auf maßgefertigten Spezialkabeln. Die US-Marine spielte zu Beginn des Kalten Krieges mit ihnen, um sowjetische U-Boote aufzuspüren. Wissenschaftler in Kalifornien und Japan begannen in den 1960er Jahren damit, Kabel zur Erdbebenerkennung zu testen.
Die Installation spezifischer Geräte ist jedoch teuer, und im 21. Jahrhundert haben Wissenschaftler, unterstützt durch die wachsende Akzeptanz der Idee durch die Telekommunikationsindustrie, begonnen, Vorteile aus dem zu ziehen, was bereits vorhanden ist.
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Die vielleicht etablierteste Methode ist eine Technik, die als bekannt ist verteilte akustische Erkennung (DAS). Dazu schießen die Wissenschaftler kurze Lichtpulse aus einem Ende des Kabels. Wenn beispielsweise ein Erdbeben das Kabel erschüttert, senden die Erschütterungen einen Teil dieses Lichts an den Sender zurück, der daraus zusammensetzen kann, was passiert ist und wo.
Viele Wissenschaftler haben sich für DAS entschieden, aber es hat eine entscheidende Einschränkung: die Entfernung. Wenn sich Licht (oder jedes andere Signal) entlang einer Linie bewegt, wird es schwächer oder verliert an Stärke. Es ist daher schwierig, das DAS zu verwenden, um über einige zehn Kilometer hinaus zu erkennen. Keine Kleinigkeit, aber was wäre, wenn Sie beispielsweise die Mitte des Ozeans sehen wollten, Tausende von Kilometern von der Küste entfernt?
Im Jahr 2021 führten Forscher durch Zhongwen ZhanSeismologe bei Caltech, versuchte eine andere Methode auf Curie, einem Google-eigenen Kabel, das Los Angeles mit Valaparaíso in Chile verbindet, parallel zur geschäftigen Pazifikküste Amerikas. Dieses Team untersuchte die Fingerabdrücke von Erdbeben im regelmäßigen Signalverkehr durch das Kabel.
Aber ihre Methode hatte einen Fehler: Sie konnten nicht sagen, wie weit entfernt etwas passiert war, nur dass es passiert war. „Sie haben Erdbeben entdeckt, aber … sie wussten nicht, woher sie kamen“, erklärt Spica.
Wenn Sie mit Ihrem Freund im Ausland chatten, können Ihre Stimmen natürlich problemlos gehört werden. Dies liegt daran, dass diese Kabel mit Geräten ausgestattet sind, die als Repeater bezeichnet werden. Wie Spieler in einem großen Telefonspiel (nur viel, viel zuverlässiger), nehmen Repeater ein eingehendes Signal und verstärken es, um es an das nächste zu senden.
Seit mehreren Jahren unterstützen einige Wissenschaftler einen Vorschlag namens INTELLIGENT, um neue Repeater auf zukünftigen Kabeln mit kostengünstigen seismischen, Druck- und Temperatursensoren auszustatten. Telekommunikationsunternehmen achten jetzt darauf: Ein SMART-Projekt – ein Kabel, das das portugiesische Festland mit seinen Atlantikinseln verbindet – soll 2025 in Betrieb gehen.
Aber die Unterwasser-Repeater von Seekabeln haben bereits eine zweite Funktion: Um Kabelbetreibern bei der Lokalisierung potenzieller Probleme zu helfen, können die Repeater einen Teil ihres Signals zurücksenden.
Marra und seine Kollegen nutzten diese vorhandene Ausfallsicherheit. Sie schickten einen Infrarotlaser durch das Kabel und untersuchten die Signale, die von jedem Repeater zurückkamen. Dabei könnten sie ein Kabel, das den Ozean überquert, in mundgerechte Stücke von mehreren zehn Kilometern Länge zerschlagen.
„Ich weiß, dass andere darüber nachgedacht haben, wie es weitergehen soll“, sagt er Bruce Howeein Ozeanograph der Universität von Hawai’i, der ebenfalls nicht zu diesem Artikel beigetragen hat, „aber sie haben es getan“.
Marras Gruppe testete ihre Technik an einem transatlantischen Kabel, das Southport im Nordwesten Englands und Halifax im atlantischen Kanada verband. Sie konnten nicht nur Erdbeben – eines aus dem Norden Perus und eines aus ganz Indonesien – feststellen, sondern auch das Geräusch von Wasser, das sich durch den Ozean bewegt.
Es gibt ein paar Takes. Zum einen, sagt Howe, unterscheidet sich diese Art der Erkennung von dem, was Seismologen gewohnt sind. Die Stärke eines Erdbebens konnten Marra und seine Kollegen noch nicht messen. Und es kann schwierig sein, ein Erdbeben beispielsweise von Änderungen der Meerestemperatur zu unterscheiden. Hier könnten mehrere Methoden – zum Beispiel diese letzte SMARTER-Technik – zusammenarbeiten.
Viele Wissenschaftler sind vom Potenzial von Kabeln begeistert. „Ich denke wirklich, die größten Durchbrüche [in seismology] werden vor der Küste sein, weil es so viel zu entdecken gibt“, sagt Spica. Sie könnten unsere Tsunami-Warnsysteme erheblich verbessern. Sie könnten Geologen dabei helfen, an kaum erforschte Orte zu blicken, an denen tektonische Platten zusammentreffen oder sich voneinander lösen, wie z. B. mittelozeanische Rücken. Und sie könnten Ozeanographen dabei helfen, zu überwachen, was in den sich erwärmenden Ozeanen passiert.
„Geld ist wie immer die größte Hürde“, sagt Howe, „aber die jüngsten Fortschritte zeigen, dass wir das überwinden können.“