Seismische Observatorien sind auf dem riesigen Meeresboden selten. Das hindert die Forscher oft daran, die ersten Anzeichen von Erdbeben, die einen Tsunami auslösen, oder die seismischen Wellen, die die Erde als Röntgenstrahlen durchdringen und Informationen über die Struktur des Erdmantels und des Erdkerns liefern, zu entdecken. Doch in der Tiefe befindet sich eine andere Technologie: optische Kabel, die Daten über das Internet übertragen.

In den letzten Jahren haben Forscher versucht, diese Kabel zur Ergänzung von Seismographen auf dem Meeresboden zu nutzen, indem sie Veränderungen des Lichts analysierten, das die Glasfasern durchläuft. Ein Team unter der Leitung von Forschern der Nokia Bell Labs hat vor kurzem diese Technik verbessert, indem es das 4400 Kilometer lange Telekommunikationskabel zwischen Hawaii und Kalifornien als virtuelle 44.000 seismische Station verwendet hat, als ob alle 100 Meter Sensoren angebracht wären.

Dieser Durchbruch, der ebenfalls auf der Jahrestagung der Amerikanischen Geophysikalischen Union vorgestellt wurde, könnte eine neue Ära in der Erforschung des Planeteninneren und der Beobachtung des Meeresbodens und des darüber liegenden Ozeans einleiten. "Das ist die Lösung, auf die wir alle gewartet haben", sagt Vala Hjörleifsdóttir, eine Geophysikerin an der Universität Reykjavik, die an den ersten Daten mitgearbeitet hat. Während der Tests zu Beginn dieses Jahres hat das Pazifikkabel sowohl das Erdbeben der Stärke 8,8, das Ende Juli die Halbinsel Kamtschatka erschütterte, als auch die schwachen Anzeichen einer Flutwelle, die den Ozean überquerte und am Meeresboden schwach sichtbar war, erfasst. "Wir haben eine Reihe von Ereignissen gesehen", sagt Mikael Mazur, ein Optikingenieur bei Bell Labs.

Die neue Technik basiert auf Methoden, die der britische Metrologe Giuseppe Marra entwickelt hat, der vor einigen Jahren eine Möglichkeit gefunden hat, Laserimpulse und Internetverkehr nebeneinander zu betreiben. Die Methode basiert auf einer faseroptischen Technik namens DAS, die von Experten an Land verwendet wird, um das Tosen von Vulkanen und Gletschern zu erkennen. Wenn das Licht durch die Glasfaser läuft, wird es zufällig an ihren Defekten reflektiert. Wenn eine Schall- oder Druckwelle - sei es ein Walgesang oder ein Erdbeben - die Faser durchläuft, werden die Defekte gedehnt und gestaucht, was zu einer Phasenverschiebung des Lichts führt, das zum Ursprungspunkt zurückreflektiert wird. Die Messung dieser Verschiebungen kann Fasern in dichte Netze von Dehnungsmessern verwandeln.

So weit, so gut, aber die Unterseekabel werden etwa alle 75 Kilometer durch Signalverstärker unterbrochen. Die Repeater verstärken das Licht auf seiner langen Reise durch den Ozean, schwächen aber das entlang der Faser reflektierte Licht ab. Das Team von Mazur hat herausgefunden, dass diese Repeater nicht unbedingt ein Hindernis darstellen. Die Faserbündel in jedem Kabel ähneln mehrspurigen Autobahnen: Das Licht geht auf einigen Fasern nach außen und kehrt auf anderen zurück. Die Forscher haben festgestellt, dass das System es ermöglicht, dass fehlerhafte Reflexionen von jedem Abschnitt auf die zurückkehrenden Fasern "zurückgeschickt" werden, so dass die Signalverstärker im Wesentlichen auch diese Signale verstärken. Sie haben gezeigt, dass sie mit einigen ausgeklügelten Techniken die Reflexionen selbst von den entlegensten Abschnitten des Kabels wiederherstellen können, was zu einem extrem dichten Netz von Ozean-Seismographen führt.

Das Schöne daran ist, dass die datenhungrigen Experten nicht einmal ein eigenes Netzwerk benötigen, sondern nur einen Laser, der an ein handelsübliches Kabel angeschlossen ist und mit höheren Frequenzen arbeitet als der Internetverkehr. "Der Vorteil dieser Technologie ist, dass sie mit alten Kabeln funktioniert. Man muss nicht Hunderte von Millionen Dollar dafür ausgeben", sagt Martin Karrenbach, Geologe bei Seismics Unusual und einer der Hauptakteure bei der Entwicklung der DAS sowie Mitautor der Veröffentlichung der Ergebnisse.

Das bedeutet natürlich nicht, dass die Technologie einfach zu implementieren sein wird, sagen andere Experten. Das Militär könnte beispielsweise Einwände erheben, weil Glasfasersensoren den Unterwasserverkehr aufspüren könnten. Telekommunikationsunternehmen könnten aus Sicherheitsgründen zögern, Experten mitzuteilen, wo genau ihre Kabel verlaufen. Und wenn Forscher eine Geheimhaltungsvereinbarung unterzeichnen müssen, um die Lage der Kabel zu erfahren, können andere ihre Ergebnisse nicht ohne weiteres reproduzieren.

Die Aussicht auf hochauflösende Beobachtungen von lange übersehenen Gebieten ist jedoch eine äußerst attraktive Möglichkeit, sagt Verónica Rodríguez Tribaldos, Geophysikerin am GFZ Helmholtz-Zentrum für Geowissenschaften. Mit solchen Sensoren lassen sich Wale aufspüren und Meeresströmungen überwachen. Sie können Bilder von tektonischen Platten liefern, die sich im Ozean trennen, oder aufzeigen, wie Magmawolken, die an Hotspots im Ozean aufsteigen, mit dem Boden des Erdmantels verbunden sind. Die Sensoren sind bereit, sagt Hjörleifsdóttir: "Sie warten darauf, dass wir sie fragen, was sie sehen."