Glasfaserkabel können hochauflösende Untergrundkarten erstellen

Eine Reihe von Erdbeben und Nachbeben erschütterte 2019 das Gebiet Ridgecrest in Südkalifornien. Distributed Acoustic Sensing (DAS) mithilfe von Glasfaserkabeln ermöglicht eine hochauflösende Bildgebung unter der Oberfläche, was die beobachtete Standortverstärkung der Erdbebenerschütterungen erklären kann.

Wie stark sich der Boden während eines Erdbebens bewegt, hängt stark von den Eigenschaften des Gesteins und des Bodens direkt unter der Erdoberfläche ab. Modellierungsstudien deuten darauf hin, dass Bodenerschütterungen in Sedimentbecken, in denen häufig besiedelte städtische Gebiete liegen, verstärkt sind. Allerdings war die Abbildung oberflächennaher Strukturen rund um städtische Gebiete mit hoher Auflösung eine Herausforderung.

Yang et al. haben einen neuen Ansatz zur Verwendung der verteilten akustischen Sensorik (DAS) entwickelt, um ein hochauflösendes Bild der oberflächennahen Struktur zu erstellen. DAS ist eine neue Technik, die bestehende verändern kannGlasfaserkabelin seismische Arrays. Durch die Überwachung der Streuung von Lichtimpulsen auf ihrem Weg durch das Kabel können Wissenschaftler kleine Spannungsänderungen im die Faser umgebenden Material berechnen. Zusätzlich zur Aufzeichnung von Erdbeben hat sich DAS in einer Vielzahl von Anwendungen als nützlich erwiesen, beispielsweise bei der Benennung der lautesten Blaskapelle bei der Rosenparade 2020 und der Aufdeckung dramatischer Veränderungen im Fahrzeugverkehr während der COVID-19-Aufforderung, zu Hause zu bleiben.

Frühere Forscher nutzten einen 10 Kilometer langen Glasfaserabschnitt, um Nachbeben nach dem Ridgecrest-Erdbeben der Stärke 7,1 in Kalifornien im Juli 2019 zu erkennen. Ihr DAS-Array erfasste etwa sechsmal so viele kleine Nachbeben wie herkömmliche Sensoren in einem Zeitraum von drei Monaten.

In der neuen Studie analysierten die Forscher kontinuierliche seismische Daten, die durch den Verkehr erzeugt wurden. Mithilfe der DAS-Daten konnte das Team ein oberflächennahes Schergeschwindigkeitsmodell mit einer Auflösung im Subkilometerbereich entwickeln, die zwei Größenordnungen höher ist als bei typischen Modellen. Dieses Modell ergab, dass entlang der Faserlänge Stellen, an denen Nachbeben mehr Bodenbewegungen erzeugten, im Allgemeinen mit Stellen mit geringerer Schergeschwindigkeit übereinstimmten.

Eine solche feinmaßstäbliche seismische Gefahrenkartierung könnte das Erdbebenrisikomanagement in Städten verbessern, insbesondere in Städten, in denen möglicherweise bereits Glasfasernetze vorhanden sind, schlagen die Autoren vor.