Unterwasser-Seismometer hört Gletscherbewegungen zu | Polarjournal
Das Ozeanboden-Seismometer wurde in der Nähe der Kalbungsfront des Bowdoin-Gletschers (Kangerluarsuup Sermia) in der Nähe von Thule im Nordwesten Grönlands über einen Zeitraum von etwa zwei Wochen installiert. Foto: Evgeny A. Podolskiy, Hokkaido Universität

Von Seismologen wurden kontinuierliche kleine Ausschläge von Seismometern, die unweit von kalbenden Gletscherfronten Erdstöße registrieren, bisher als «Hintergrundrauschen» betrachtet. In einer aktuellen Studie konnten Wissenschaftler von der Universität in Hokkaido mit Hilfe eines speziellen Unterwasser-Seismometers nun belegen, dass dieses Rauschen von der Vorwärtsbewegung der Gletscher auf dem Untergrund verursacht wird. Die so gewonnenen Daten können auch für die Beurteilung der Gletscherdynamik verwendet werden. 

Die Geschwindigkeit mit der ein Gletscher, der ins Meer mündet, Eis an den Ozean abgibt, wird von dem Rutschen an der Basis des Gletschers bestimmt. Da Gletscherfronten wegen der Kalbungen, der stark zerklüfteten Oberfläche und der rauen Wetterbedingungen zu den am schwersten zugänglichen Orten gehören, ist die Forschung und Beobachtung in unmittelbarer Nähe eine große Herausforderung.

Ein Forscherteam von der Universität in Hokkaido unter der Leitung von Evgeny A. Podolskiy, Assistenzprofessor am Arktis-Forschungszentrum und Hauptautor der Studie, hat deshalb ein ganz besonderes Seismometer für Messungen am Meeresboden entwickelt. Die bisher verfügbaren Sensoren können auf, innerhalb oder unterhalb des Gletschers platziert werden, bringen jedoch Nachteile mit sich. Bei dem Einsatz von Oberflächensensoren verursachen beispielsweise Wind und gezeitenmodulierte Gletscherspalten ein Rauschen, das alle andere Signale überlagern kann. Zudem kämpfen die Wissenschaftler mit den üblichen Problemen wie der Drift von Messstationen, dem Abschmelzen, mit kalten Temperaturen oder mit der Zerstörung der Instrumente.

Die schematische Darstellung verdeutlicht den wesentlichen Vorteil der Platzierung eines Unterwasser-Seismometers direkt unter der Kalbungsfront eines Gezeitengletschers. Subglaziale und ozeanische seismo-akustische Signale können detektiert werden, während der Einfluss von seismischen Quellen an der Oberfläche minimiert wird. Grafik: Evgeniy A. Podolskiy et a. 2021, Nature Communications. 24. Juni 2021

Deshalb verwendeten die Autoren der neuen Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, ein eigens entwickeltes Unterwasser-Seismometer in Kombination mit Oberflächensensoren. Das Ozeanboden-Seismometer (OBS) fixierten sie in der Nähe der Kalbungsfront des Bowdoin-Gletschers (Kangerluarsuup Sermia) in Nordwest-Grönland nahe Thule. Auf diese Weise konnten die Forscher Eisbeben zuhören, die durch die Rutschbewegungen an der Gletscherbasis verursacht werden, ohne dabei den störenden seismischen Lärm an der Oberfläche zu registrieren. Später wurden die vom OBS gesammelten Daten mit Daten von seismischen und Eisgeschwindigkeitsmessungen an der Eisoberfläche korreliert. 

«Zukünftige Forschung in diesem Bereich könnte sich darauf konzentrieren, die Ergebnisse dieser Studie an anderen Gletschern zu wiederholen und zu erweitern. Die experimentelle Unterstützung für die Beziehung zwischen Gletschertremoren und tektonischen Erschütterungen legt nahe, dass ein langfristiger multidisziplinärer Ansatz für das vollständige Verständnis dieses Phänomens von Vorteil wäre.» 

Evgeny A. Podolskiy, Assistenzprofessor am Arktis-Forschungszentrum der Hokkaido Universität
Kleines Bild: Hauptautor Evgeny Podolskiy setzt das Ozeanboden-Seismometer zusammen. Großes Bild: Das Forscherteam bringt das OBS von zwei kleinen Motorbooten in der Nähe der Gletscherfront aus. Fotos: I. Asaji

Die Wissenschaftler fanden bei ihrer Analyse heraus, dass der Gletscher einen kontinuierlichen seismischen Tremor erzeugt. Besonders das vom OBS registrierte Breitbandsignal (3,5 – 14,0 Hertz) korrelierte gut mit der Bewegung des Gletschers, die per GPS gemessen wurde, was diese Methode laut der Autoren auch für die Untersuchung der Gletscherdynamik qualifiziert. Gleichzeitig konnte das Forscherteam mit Hilfe des OBS rein tektonisch verursachte seismische Signale identifizieren. 

Die Studienergebnisse zeigen auch, dass die seismischen Signale der Gletscherbewegungen denen von langsamen Erdbeben ähneln. In ihrer Studie schreiben die Forscher, dass die Eigenschaften des Bowdoin-Gletschertremors an tektonische Beben in Japan und Kanada erinnern. 

Julia Hager, PolarJournal

Link zur Studie: Evgeny A. Podolskiy, Yoshio Murai, Naoya Kanna, Shin Sugiyama. Ocean-bottom and surface seismometers reveal continuous glacial tremor and slip. Nature Communications. June 24, 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-24142-4

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