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Bergsturzgefahr im Albulatal (Graubünden)
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| Internet-Glasfasern massen Erschütterungen beim Felssturz von Brienz |
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22. Oktober 2024
Als der Felssturz von Brienz im Jahr 2023 ins Tal donnerte, mass ein Forschungsteam der WSL und der ETHZürich mit einer neuen Methode erfolgreich die Erschütterungen. Diese nutzt bestehende Internet-Glasfaserkabel und ist deshalb vielversprechend für die grossflächige Überwachung von Erdbeben, Lawinen oder Felsbewegungen.
In der Nacht auf den 16. Juni 2023 wälzten sich bei Brienz (GR) rund 1,2 Millionen Kubikmeter Fels ins Tal. Ein Team von der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL und der ETH Zürich verfolgte das Ereignis mit einer ungewöhnlichen Methode: Sie wiesen die Schockwellen an unterirdischen Internet-Glasfaserkabeln nach.Bodenwellen führen zu extrem kleinen Dehnungen und Stauchungen in den optischen Fasern. Mit einer Methodenamens Distributed Acoustic Sensing, kurz DAS, können Forschende diese Verformungen in Echtzeit messen und sogar ihren Ursprung in der Faser auf einige Meter genau bestimmen. Da Glasfasern oft viele Kilometer lang sind, ist die Methode für die Überwachung von Naturgefahren aus der Distanz höchst interessant.
Bestehende Infrastruktur nutzen
Dazu benötigen die Forschenden eine Dark Fiber, also eine ungenutzte Faser in einem Telekom-Kabel. Daranschliessen sie ein Gerät an, den Interrogator, das Laserimpulse durch die Dark Fiber sendet. Wenn diese sichirgendwo minim verformt, kommen die Impulse verändert zurück. Die Methode lässt sich überall dort einsetzen, woGlasfaserkabel für die Kommunikation im Boden stecken - was in der Schweiz an vielen Orten der Fall ist,beispielsweise entlang von Bahnlinien. Entlang der Flüelapass-Strasse konnte das WSL-ETH-Team von Fabian Walter, Seismologe an der WSL, so bereits erfolgreich Lawinen registrieren (mit Glasfaserkabeln Lawinen aufspüren).
Die Felsbewegungen in Brienz lieferten nun eine einzigartige Möglichkeit, die Methode für Felsstürze zu testen: Der Berg wurde vor und während dem Felssturz minutiös mit Radar-Geräten und Seismometern überwacht, und die Firma Swisscom Broadcast AG gab Fabian Walter Zugang zu einem Glasfaserkabel, das zwischen Tiefencastel und Filisur verläuft. Durch dieses schickten die Forschenden während 45 Tagen Laserpulse mit einem Interrogator der GruppeSeismologie und Wellenphysik der ETH Zürich, bis der Bergsturz in der Nacht vom 15. auf den 16. Juni losging. «Die Messungen haben unsere Erwartungen übertroffen», sagt Walter. «Wir konnten Hunderte von kleinen Felsabbrüche vor dem grossen Ereignis messen, und den grossen Sturz sowieso.»
Das Schwierigste an der Glasfaser-Detektion ist es, aus den zahllosen anderen Erschütterungen durch Züge, Verkehr oder Flüsse die gesuchten Signale herauszufiltern. Dazu entwickelte die WSL-Doktorstudentin Jiahui Kang mit Hilfevon Künstlicher Intelligenz einen Algorithmus, der die Signale automatisch erkennt. Er konnte 95 Prozent derFelsbewegungen korrekt identifizieren, berichten die Forschenden nun im Fachjournal Geophysical Research Letters. Zum Vergleich dienten die Radar-Messungen der Firma Geopraevent, die das Brienzer Felssturzgebiet überwachte.
Unmengen von Daten
Was steht also der breiten Nutzung der Glasfasermethode im Weg, wenn sie so gut funktioniert? Laut Fabian Waltergibt es mehrere Hürden: Die Rechenmodelle, um die gewünschten Signale aus den Störgeräuschen herauszufiltern,sind erst im Forschungsstadium. Die Messungen häufen zudem enorme Datenmengen an - das können mehrere Terabyte pro Tag sein. «Man muss erst lernen, die Daten in Echtzeit auszuwerten», sagt Walter. Nicht zuletzt sind die Interrogatoren mit über 100'000 Franken noch sehr teuer, Tendenz jedoch sinkend. Walter rechnet damit, dass dieseProbleme in den nächsten Jahren gelöst werden: «Diese Informationen sind zu wertvoll, um sie nicht zu nutzen.» Die Glasfasermethode kann potenziell Felsstürze, Lawinen, Erdbeben und Murgänge örtlich präzise und über grosseDistanzen überwachen. Es braucht lediglich ein Kommunikationsnetz aus Glasfasern - und dieses wächst weltweit weiter an.
Publikation
Kang J., Walter F., Paitz P., Aichele J., Edme P., Meier L., Fichtner A. (2024) Automatic monitoring of rock-slope failures using distributedacoustic sensing and semi-supervised learning. Geophys. Res. Lett. 51(19), e2024GL110672 (11 pp.).https://doi.org/10.1029/2024GL110672Institutional Repositor y DORA .
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| Quelle: TextWSL, 22. Oktober 2024 |
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| Bergsturz |
Ein Bergsturz ist eine Massenbewegung von Felsblöcken, Geröll und Schutt mit einem Volumen von über einer Million m3 Material, das entspricht dem Volumen von 1'000 bis 2'000 Einfamilienhäusern. |
| Felssturz |
Von einem Felssturz spricht man, wenn sich Felsblöcke, Geröll und Schutt mit einem Volumen von mehr als 100m3 und weniger einer Million m3 talwärts bewegen, das ist vergleichweise das Fassungsvermögen von 500 bis 600 Badewannen. |
| Blockschlag |
Blockschlag entsteht, wenn grössere Felsbrocken bzw. Felsblöcke niedergehen. |
| Steinschlag |
Ein Steinschlag ist ein Sturzprozess, bei welchem sich kleinere Mengen von Fels-, Schutt- und Steinmaterial, oft sogar nur einzelne Steine ins Tal stürzen. Grössere Steinschlagereignisse können u.a. Verkehrsverbindungen und Wanderwege kurzzeitig blockieren. |
| Murgang oder Rüfe |
Murgänge sind eine Mischung aus Hochwasser, Erdrutsch und Felssturz. Murgänge oder Rüfen sind «Gerölllawinen». |
| Hangrutsch |
Von einer Hangrutschung spricht man, wenn festes Material wie Fels und Gestein auf einer festen Unterlage talwärts gleitet. Das kann ein jahrhundertelanger Prozess sein, kann aber auch spontan und schnell ablaufen |
| Quelle: |
WSL |
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