Overvågning af gletschere med optiske fibre

Seismisk overvågning af gletsjere er afgørende for at forbedre vores forståelse af deres udvikling og for at forudsige risici. SNSF-professor Fabian Walter er kommet med et nyt overvågningsværktøj i form af optiske fibre. Fibrene er i stand til at overvåge hele gletsjere.

Gletschere bevæger sig konstant, og de har derfor brug for overvågning. Satellitbilleder giver fingerpeg om deres udvikling. Ved at lytte til gletsjere indefra, seismologi gør det muligt for forskere at forstå deres bevægelser med større nøjagtighed. Imidlertid, fordi seismometre er vanskelige at installere i gletsjerområder, seismisk overvågning af gletsjere er spredt. I en nylig undersøgelse, Fabian Walter, SNSF professor ved ETH Zürich, påvist, at det også er muligt at overvåge gletsjere ved hjælp af optiske fibre. Ikke alene er fibrene nemmere at installere end seismometre, de tilbyder også flere målepunkter. De repræsenterer således en måde at udvide seismisk overvågningsdækning i områder, der er vanskelige tilgængelige.

Et målepunkt hver anden meter

Studiet, hvis resultater for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , fandt sted i en højde af 2, 500 meter på Rhone-gletsjeren i den yderste nordøstlige del af kantonen Valais. I fem dage i løbet af marts 2019, to hold ledet af Fabian Walter og Andreas Fichtner, en specialist i seismologi og bølgefysik ved ETH Zürich, registrerede mikrojordskælv ved hjælp af et 1-kilometer fiberoptisk kabel installeret et par centimeter inden for snedækket på gletsjeroverfladen. Distribueret akustisk sensing blev brugt til at registrere forstyrrelser i det optiske signal - resultatet af seismiske hændelser i gletsjeren - med jævne mellemrum på flere meter langs kablet. Optagelserne blev konverteret til seismogrammer.

I sit studie, Fabian Walter rapporterer, at det at have et meget større antal sensorer på tværs af det samme overvågningsområde - 500 målepunkter fungerede som sensorer langs det 1-kilometer lange kabel - betød, at de opnåede data indeholdt mere information end dem fra seismometre, især med hensyn til lokalisering af stenfald og isskælv. I øvrigt, kablet gav en bedre forståelse af de rykvise stick-slip-bevægelser, som gletsjeren bevæger sig med. Nye typer seismiske bølger blev identificeret, noget, der ikke tidligere havde været muligt med seismometre. Rystende bevægelser af denne type var allerede kendt for at forekomme i indlandsisen i Grønland og Antarktis, men det var første gang, deres eksistens blev strengt verificeret i Alperne.

Hvad sker der inde i isen

Optiske fibre bruges allerede til at overvåge jordskælv i visse omgivelser; men isskælvsspecialisten Fabian Walter er en af ​​de første videnskabsmænd, der arbejder med denne teknologi på gletsjere. "Der er andre hold, der allerede arbejder med emnet - i Alaska, for eksempel - fordi fiberoptisk teknologi giver fordele i denne type udfordrende miljø, " forklarer forskeren, som udførte sin undersøgelse i samarbejde med den schweiziske seismologiske tjeneste ved ETH Zürich. "Mens det ofte tager flere timer at installere en seismologisk station, der kun er i stand til at dække en lille del af en gletsjer, alt, hvad vi skal gøre nu, er at lægge kablet ud, og vi har hundredvis af sensorer. I teorien, teknologien gør os i stand til at dække og overvåge hele gletsjere."

Ved at måle seismiske hastigheder, det fiberoptiske kabel giver også yderligere information, såsom detaljer om isens sammensætning. Det gør det også muligt for forskere at måle isdeformationshastigheder og forstå den proces, hvorved sprækker dannes.

Andre applikationer skal testes uden for gletscherzoner. Optiske fibre er allerede tilgængelige langs veje og jernbaner, og tæt på visse infrastrukturinstallationer. Mørke fibre – med andre ord, optiske fibre, der er blevet installeret, men ikke er operationelle - kan bruges til at overvåge seismiske hændelser og forhindre skade.