Wie Kernphysik die Vorhersage von Erdbeben verbessern kann

Seit den 1960er Jahren werden Erdbeben vorhergesagt, indem man das Radon-Gas misst, das aufgrund von Bewegungen in der Erdkruste aus Mikro­rissen im Gestein entweicht. „Es wird jedoch immer deutlicher, dass der in der Luft oder im Boden gemessene Radonwert durch Temperatur­schwankungen und Luft­feuchtig­keit beeinflusst werden kann, so dass wir statt­dessen die Werte im Grundwasser messen,“ erläutert Ayse Ataç Nyberg, Professorin am KTH Royal Institute of Technology in Schweden. Sie leitet das europäische Forschungs­projekt Artemis, das bis 2027 mit einer EU-Förderung in Höhe von zwei Millionen Euro unterstützt wird. Artemis soll den Grundstein für ein zuver­lässiges Frühwarn­system für Erdbeben legen. Ein Netz von Sensoren, die den Radongehalt und andere Parameter in ausgewählten Wasser­quellen in Europa messen, soll Erdbeben mehrere Tage im Voraus erkennen können.

Das GSI Helmholtz­zentrum für Schwerionen­forschung spielt bei dem Projekt eine Schlüsselrolle in Bezug auf die Realisierung der Sensorik und Analytik. Aufbauend auf Teilchen- und Strahlungs­detektoren, Signal­verarbeitungs­elektronik und Daten­verarbeitungs­systemen, die für kern­physi­kalische Experimente an den GSI-Anlagen verwendet werden, entwickelt die beteiligte GSI-Forschungs­gruppe die Sensor­einheiten. Die Einheiten werden neben den Radon-Detektoren auch Sensoren für Temperatur, Druck, Leitfähigkeit und andere physikalische Parameter beinhalten. Durch den Einsatz von Methoden der künstlichen Intelligenz, die ebenfalls aus der Grundlagen­forschung bei GSI resultieren, können die Sensor­einheiten autonom betrieben werden.

In einem ersten Schritt werden Messungen an Verwerfungs­linien in Griechenland, Italien und der Schweiz durchgeführt. Über Forschungs­stationen in diesen Ländern hat das Team Zugang zu Grundwasser­quellen, in denen Sensoreinheiten platziert werden können. Hunderte von solchen Einheiten, verteilt über die erdbeben­gefährdeten Gebiete, bilden jeweils ein Netzwerk. Die fortge­schrittene Analyse der Netzwerk­daten erfolgt durch maschinelles Lernen und KI. Ziel dabei ist es, Änderungen der lokalen Radon-Konzentration eindeutig mit seismischen Aktivitäten zu verknüpfen und andere Ursachen auszuschließen.

GSI / RK

Weitere Infos

• Artemis – Awareness And Resilience Through European Multi Sensor System, Euratom
• GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt