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Projekt AlpArray: 600 Seismographen fühlen den Alpen den Puls

Redakteur: Martina Hafner

Eingegraben unter Wiesen, versteckt in Scheunen, verankert am Grund des Mittelmeeres: 600 Sensoren, die auf den Alpen und in deren Umgebung platziert sind, bilden im Projekt AlpArray das weltweit ausgedehnteste seismologische Forschungsnetz.

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Die Vermessung der Alpen: Ein Ziel des Projekts AlpArray besteht darin, den Aufbau und die Zusammensetzung der Lithosphäre (bis hundert Kilometer unter den Alpen) und des oberen Erdmantels (bis 660 Kilometer) genauer zu bestimmen.
Die Vermessung der Alpen: Ein Ziel des Projekts AlpArray besteht darin, den Aufbau und die Zusammensetzung der Lithosphäre (bis hundert Kilometer unter den Alpen) und des oberen Erdmantels (bis 660 Kilometer) genauer zu bestimmen.
(Bild: Swiss National Science Foundation (SNSF))

Das Projekt AlpArray soll neue Erkenntnisse zur Entstehung des Gebirges bringen und die Karten zur Erdbebengefahr in den Alpenregionen ergänzen. 36 Institutionen aus 11 Ländern wirken am Projekt mit, das durch Forschende der ETH Zürich und der Universität Lausanne koordiniert und insbesondere durch den Schweizerische Nationalfonds (SNF) unterstützt wird. "Wir verwenden äußerst empfindliche Stationen", erklärt György Hetényi, SNF-Förderprofessor an der ETH Lausanne. "Diese Stationen registrieren sowohl ein leichtes Erdbeben in Japan als auch die tausenden von jährlichen Erschütterungen in der Schweiz, die von der Bevölkerung zu 99% nicht bemerkt werden.

Ein Ziel des Projekts besteht darin, den Aufbau und die Zusammensetzung der Lithosphäre (bis hundert Kilometer unter den Alpen) und des oberen Erdmantels (bis 660 Kilometer) genauer zu bestimmen. Bis in solche Tiefen sind die Reste von subduzierten ehemaligen Meeresböden zu finden, die duzende von Millionen Jahre alt sein können. Die tektonischen Bewegungen setzen sich an der Oberfläche fort und verursachen die aktuellen Erdbeben in den Alpenregionen", erklärt der Geophysiker. Mit den gesammelten Daten lassen sich die von den einzelnen europäischen Ländern geführten Kataloge über seismische Ereignisse vergleichen und standardisieren und so die Schätzungen zur Wahrscheinlichkeit von Erdbeben verfeinern.

Sensoren nach dem Vorbild von Bienenwaben

Die Hälfte des Netzes bilden bereits vorhandene stationäre Seismographen. Die andere Hälfte besteht aus mobilen Sensoren, die während der zweijährigen Projektdauer zur Verfügung gestellt wurden und sowohl unterirdisch als auch in Alphütten untergebracht sind. "Die Partner zu überzeugen, so viele Stationen gleichzeitig bereitzustellen, war nicht einfach, doch es war die einzige Möglichkeit, dieses Netz zu tragbaren Kosten aufzubauen. Nur vier Länder mussten neue Sensoren kaufen."

Die Sensoren wurden nach dem Vorbild von Bienenwaben in einem sechseckigen Netz platziert. "Das war die effizienteste Art, die geometrische Anordnung der Fixstationen zu einem dichten Netz auszubauen", erklärt György Hetényi. "Kein Punkt in der untersuchten Region ist weiter als 30 Kilometer von einem Sensor entfernt." AlpArray erstreckt sich über mehr als 200 Kilometer um die Alpen, von den Pyrenäen bis nach Ungarn und von Frankfurt bis Korsika. 30 Sonden wurden auf dem Grund des Mittelmeeres installiert.

"Erst nachdem wir diese im vergangenen Februar wieder an die Oberfläche holten, wussten wir mit Sicherheit, dass sie funktioniert hatten, denn die Wassersäule darüber verunmöglicht eine kabellose Übertragung", führt der Forscher weiter aus. Die tiefstgelegene Station befindet sich 2771 Meter unter Meer, die höchste in 3005 Metern Höhe.

AlpArray lierfert ein "Ultraschallbild" der Alpen

Die Kartografie des alpinen Untergrunds funktioniert wie eine Ultraschallaufnahme: Die Sonden zeichnen das Echo der seismischen Wellen auf, die von den tiefen Erdschichten zurückgeworfen werden. Wenn der Zeitpunkt des Auftreffens der Wellen bei verschiedenen Sensoren verglichen wird, kann über Triangulation die Position der Schicht und auch ihre Zusammensetzung bestimmt werden, da diese die Geschwindigkeit der Wellen verändert.

Der Ursprung der registrierten Erdstösse befindet sich bei kleineren Erdbeben in Europa sowie bei leichten Erderschütterungen überall auf der Erde. Das Netz kann sogar Umgebungsgeräusche auswerten, zum Beispiel das Geräusch des Seegangs, und so Informationen zu den geologischen Strukturen nahe der Oberfläche gewinnen, d.h. in einigen Dutzenden Kilometern Tiefe.

Das AlpArray-Netz ist seit Juli 2017 voll in Betrieb. Erste wissenschaftliche Ergebnisse werden für 2019 erwartet. Am Projekt sind diverse deutsche Institutionen beteiligt: Deutsches GeoForschungsZentrum, Freie Universität Berlin, Geozentrum Hannover, Universität Frankfurt, Ludwig-Maximilians-Universität München, Ruhr-Universität Bochum, Universität Leipzig, Universität Potsdam, Universität Münster, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, Karlsruher Institut für Technologie.

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