Glasfaserkabel deckt verborgene Spalten im Eisinnern auf

Campen für die Wissenschaft: ETH-Forscher Thomas Hudson übernachtete direkt am Gornergletscher. Im Hintergrund die Monte Rosa mit der Dufourspitze (4634 m). (Source: Thomas Hudson / ETH Zürich)

Campen für die Wissenschaft: ETH-Forscher Thomas Hudson übernachtete direkt am Gornergletscher. Im Hintergrund die Monte Rosa mit der Dufourspitze (4634 m). (Source: Thomas Hudson / ETH Zürich)

In den vergangenen Jahren ist es in den Alpen zu katastrophalen Gletscherabbrüchen gekommen: Im September 2023 brach ein Teil des Gletschers an der Marmolata in den Dolomiten ab, sieben Bergsteiger kamen dabei ums Leben. Nur eineinhalb Jahre später, im Mai 2025, hielt der Abbruch des Birchgletschers ob Blatten nicht nur die Schweiz, sondern die ganze Welt in Atem.

Für die Stabilität von Gletschern sind Spalten entscheidend, aber nicht nur jene, die Satelliten und Drohnen oberflächlich gut erfassen können, sondern auch jene, die verborgen im Innern des Eises liegen. Denn Schmelzwasser kann solche Spalten vertiefen und Abbrüche von Gletschern und Eisschilden beschleunigen. 

Um das Innenleben von Gletschern zu erkunden, nutzen Forschende deshalb die Seismik. Brechen Spalten im Innern auf, entstehen Minibeben. Seismometer können diese erfassen und die Bebenquelle erkennen. Allerdings sind solche Messungen räumlich zu grob aufgelöst, und die Zahl der einsetzbaren Seismometer ist begrenzt, einerseits weil die Geräte teuer sind und andererseits, weil deren Installation auf einem spaltenreichen Gletscher aufwändig ist. 

Ein Kabel ersetzt hunderte von Messgeräten 

ETH-Forschende um Assistenzprofessor Thomas Hudson aus der Gruppe Environmental and Exploration Geophysics zeigen nun in einer neuen Studie in der Fachzeitschrift "Science Advances", wie es einfacher, kostengünstiger und räumlich viel feiner aufgelöst geht. An der Studie beteiligt waren auch Forschende der Eidgenössischen Forschungsanstalt WSL und der Universität Oxford.

So haben die Forschenden auf der Oberfläche des Gornergletschers im Wallis zu Testzwecken ein einziges Glasfaserkabel ausgelegt. Damit konnten sie das Innenleben des Gletschers bis zu einer Tiefe von 25 Metern erkunden. "Ein einziges Glasfaserkabel ersetzt hunderte von Seismometern", betont Hudson. 

Das Kabel muss bloss an einen sogenannten Interrogator angeschlossen werden. Dieses Gerät speist ein Lichtsignal in die Glasfaser ein und erfasst die zurücklaufenden gestreuten Lichtsignale. Tritt entlang der Faser ein Minibeben auf, zum Beispiel wenn im Eis eine Spalte aufbricht, entstehen Bebenwellen. Treffen diese auf die Glasfaser, verformt sich diese lokal minim, sodass das eingespeiste Licht anders abgelenkt und reflektiert wird. Das Grundsignal verändert sich also. Diese Störung zeigt den Forschenden dann an, wo und in welcher Tiefe eine Spalte entstanden ist. 

Mit rechnerischen Methoden können die Forschenden zudem die Struktur des Eises berechnen und sich wie mit einem Ultraschallgerät beim Arzt ein Bild davon machen, wie es in seinem Inneren aussieht. Die Datenauswertung ist rechenintensiv, weil dieses System enorm viele Daten liefert. Ein von den Forschenden entwickelter Algorithmus hilft ihnen dabei.  

Im Gornergletscher haben die Wellenphysiker und -physikerinnen mit dieser Methode überraschend viele verborgene Spalten sichtbar gemacht. Diese nahmen an der Probenstelle mehr als acht Prozent des Eisvolumens ein. "Das ist viel mehr als wir erwartet haben", sagt Hudson. Die Risse sind mit Wasser oder Luft gefällt. Das übrige Volumen des Eises, also 92 Prozent, war dagegen intakt.

Nicht alle diese Spalten sind aus der Luft sichtbar. Laut Hudson sind sie für die Stabilität des Gletschers entscheidend. "Laien gehen davon aus, dass die grossen sichtbaren Spalten auf der Oberfläche etwas darüber aussagen, ob ein Gletscher stabil ist oder nicht. Die Wissenschaft geht jedoch davon aus, dass die Risse und Spalten im Inneren für die Stabilität des Eises massgebend sind", erklärt er. Daher helfe erst der Blick ins Eis einzuschätzen, ob ein Gletscher abbruchgefährdet sei oder nicht.  

Messmethode bewährt sich

"Mit den Testläufen am Gornergletscher sind wir sehr zufrieden", sagt der Forscher. "Die Methode hat sich bewährt". Sie könnte künftig helfen, instabile Gletscher zu überwachen und frühzeitig vor Abbrüchen an Gletscherfronten zu warnen. Das würde helfen, das Risiko grosser Abbrüche an Gletscherfronten besser einzuschätzen. 

Die Forschenden könnten zudem die Spalten im Inneren von anderen Gletschern in den Alpen, aber auch von Eisschilden in Grönland oder der Antarktis kartieren, um sich ein Bild über deren Stabilität machen zu können. Die Informationen aus dem Gletscherinnern könnten Satellitenbeobachtungen von der Oberfläche ergänzen.

Wie Spalten den Meeresspiegel beeinflussen 

In einem nächsten Schritt wollen die ETH-Forschenden ihre Technik an anderen Gletschern der Schweizer Alpen, aber auch auf Eisschilden an den Polen testen. Sie wollen auch herausfinden, wie sich Spalten räumlich und zeitlich über längere Zeiträume entwickeln und wie Spalten an der Oberfläche mit jenen tief im Eis zusammenhängen. Denn Gletscherspalten beeinflussen mehr als nur den Gletscher selbst, sie verändern seine gesamte Dynamik: Wasser, das in Spalten dringt, wirkt am Grund des Gletschers wie ein Schmiermittel und kann dafür sorgen, dass sich die Eismassen schneller bewegen. Das wirkt sich vor allem bei den gigantischen Eisschilden von Grönland und der Antarktis weltweit aus, weil sie die Höhe des Meeresspiegels stark beeinflussen. "Unsere Methode könnte deshalb helfen, die Veränderungen der Eisschilde und des Meeresspiegels vorherzusagen", sagt Hudson.

Imposante Bergwelt am Gornergletscher. Das Zelt mit dem Messgerät ist am Bildrand unten rechts zu erkennen. (Source: Thomas Hudson / ETH Zürich)

Literaturhinweis

• Hudson TS, Walter F, Noe S, Zunino A, Kendall J-M, Edme P, Fichtner A: Quantifying subsurface fracture damage in glaciers using fiber-optic seismology, Science Advances 2026. 12: eaef1107, DOI: 10.1126/sciadv.aef1107

Dieser Beitrag ist zuerst auf der Website der ETH erschienen.