Gletscherweite Kartierung basalen Gleitens mit Künstlicher Intelligenz und Distributed Acoustic Sensing

• Antragstellerin: Dr. Josefine Umlauft
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509104471

Noch immer mangelt es der Wissenschaftsgemeinschaft an einem grundlegenden Verständnis über basales Gleiten von Gletschern, was die Formulierung von physikalischen Rutschungsgesetzen erschwert. Diese sind allerdings essentiell, um das Gefährdungspotential abzuschätzen und Vorhersagen zu modellieren. Das neue Forschungsfeld der “Kryoseismologie” beschäftigt sich mit der Untersuchung von glazialen Prozessen unter Verwendung kontinuierlicher seismischer Daten. Basales Gleiten wurde lange Zeit als langsamer und gleichmäßiger Prozess verstanden. Aktuellen Studien kann jedoch entnommen werden, dass auch mikroseismische Stick-Slip Ereignisse am Gletscherbett auftreten, die sich zu Tremoren akkumulieren und gletscherweite Rutschungsepisoden auslösen können (mehrere Dezimeter pro Tag). Die Identifizierung der durch basales Gleiten generierten seismischen Signale ist mit dem bloßen menschlichen Auge kaum realisierbar, da andere kryoseismische Quellen zu einem besonders hohen Rauschpegel führen. Es bedarf neuer methodologischer Ansätze, die eine effiziente Analyse seismischer Monitoringzeitreihen ermöglichen und die bislang verborgenen Signale ausgehend vom Gletscherbett enthüllen. Ziel dieses Projektes ist die Kartierung und das Monitoring basalen Gleitens über die gesamte Länge eines Alpinen Gletschers. Es soll geklärt werden welche Rolle Reibung in Hinblick auf basales Gleiten spielt und welchen Einfluss verschiedene Oberflächenschmelzregimes and Eismächtigkeiten haben. Drei fundamentale Forschungsfragen sollen adressiert werden: 1. Ist subglaziales Stick-Slip Gleiten ein lokales Phänomen oder beeinflusst es den gesamten Gletscher unabhängig von der Eismächtigkeit oder dem Oberflächenschmelzregime? 2. Welchen Einfluss haben meteorologische Bedingungen auf subglaziale Ereignisse, insbesondere auf schmelzbedingte Fluten? 3. Kann die (In-)Stabilität steiler Gletscherzungen aufgrund der räumlichen Verteilung von Stick-Slip Ereignissen unter sich ändernden hydraulischen Bedingungen abgeschätzt werden? Um diese Forschungsfragen zu beantworten, soll der kürzlich erhobene DAS (distributed acoustic sensing) Datensatzes vom Rhônegletscher (Schweizer Alpen) analysiert werden. Seismische Daten wurden hier über einen Monat mithilfe eines Glasfaserkabels erhoben. Die Auslage erstreckte sich über eine Länge von 9 km, von der Akkumulationszone bis hin zum Zehrgebiet. Da der Datensatz über eine hohe Abtastrate in Raum und Zeit verfügt, eignet er sich ideal für die Analyse der räumlich-zeitlichen Dynamik eines temperierten Alpinen Gletschers. Mit Hilfe des überwachten Maschinellen Lernens und basierend auf seismischen Daten ist es Wissenschaftlern kürzlich gelungen Reibung entlang einer tektonischen Störungszone zu quantifizieren. Dieser Ansatz soll auf den DAS Datensatz des Rhônegletschers angewendet werden, um maskierte Signale aufzugreifen und die zugrundeliegende mathematische Funktion zwischen Oberflächenversatz und seismischen Signalen herzuleiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Professor Dr. Fabian Thomas Walter