Über das Projekt
Die Kikai-Caldera ist ein größtenteils unterseeisches Vulkansystem, das sich etwa 50 km südlich der japanischen Insel Kyushu befindet. Vor rund 7.300 Jahren ereignete sich dort eine der größten bekannten vulkanischen Eruptionen (Volcanic Explosivity Index, VEI 7). Sie übertraf damit die Ausmaße der Ausbrüche von Santorin und Krakatau (VEI 6) und zählt zu den stärksten Eruptionen des Holozäns, mit erheblichen Auswirkungen auf die prähistorischen Gemeinschaften der Region.
Heute befindet sich unter einem zentralen Lavadom weiterhin ein aktives Magmasystem, das auf anhaltende Prozesse im Untergrund hinweist. Aufgrund der Offshore-Lage sind konventionelle seismische Überwachungsmethoden jedoch nur eingeschränkt möglich. Dadurch ist das Verständnis der aktuellen vulkanischen Aktivität unterhalb der Kikai-Caldera bislang begrenzt.
Die Lösung
Um die bislang begrenzten Offshore-Überwachungsmöglichkeiten an der Kikai-Caldera zu erweitern, setzten Forschende der Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC) und der Kobe University zwei Distributed Acoustic Sensing Systeme der DAS N52-Serie von AP Sensing ein. Dafür wurden bestehende Unterwasser-Telekommunikationskabel rund um die Caldera genutzt. Fast 90 km Glasfaserkabel, die benachbarte Inseln miteinander verbinden, wurden in ein dichtes seismisches Messnetz umgewandelt und ermöglichten kontinuierliche Dehnungsmessungen (Abbildung 1).
Während des Beobachtungszeitraums wurden verschiedene seismische Ereignisse registriert, von denen einige nicht im Katalog der Japan Meteorological Agency (JMA) aufgeführt waren. Abbildung 2 zeigt ein Beispiel eines solchen Ereignisses, das durch das DAS-System detektiert wurde. Die Laufzeitentwicklung entlang des Glasfaserkabels weist darauf hin, dass das Ereignis innerhalb der Region der Kikai-Caldera entstanden ist.
Abbildung 1: Lage der Kikai-Caldera sowie der in dieser Studie genutzten Telekommunikationskabel am Meeresboden, die für DAS-Messungen verwendet wurden (rote und orange Linien mit Entfernungsangaben zur Station Makurazaki).
Ein wesentlicher Vorteil dieser Studie ist die präzisere Lokalisierung seismischer Ereignisse mithilfe von DAS . Die mit DAS bestimmten Positionen stimmen deutlich besser mit den beobachteten Ankunftszeiten der Wellen überein und liefern damit zuverlässigere Ergebnisse als konventionelle Verfahren. Möglich wird dies durch die hohe räumliche Auflösung entlang des Glasfaserkabels am Meeresboden, die Messungen nahe an der Ereignisquelle erlaubt. Herkömmliche Überwachungssysteme hingegen basieren auf wenigen Messstationen auf Inseln und bieten dadurch nur eine eingeschränkte räumliche Abdeckung.
Insgesamt zeigt dieser Ansatz, wie sich bestehende Telekommunikationsinfrastruktur in ein Offshore-Überwachungssystem in Echtzeit umwandeln lässt. Dadurch werden seismische Messungen in einer bislang nur begrenzt überwachten Umgebung möglich.
Ergebnisse & Vorteile
Der Einsatz des DAS-Systems an der Kikai-Caldera lieferte wichtige wissenschaftliche und operative Erkenntnisse und verbesserte das Verständnis vulkanischer Aktivität in dieser bislang nur begrenzt überwachten Offshore-Region.
Mit dem System konnten zuvor nicht erfasste seismische Ereignisse detektiert werden, die nicht im Katalog der Japan Meteorological Agency (JMA) enthalten waren. Dadurch konnte die Vollständigkeit der Überwachung deutlich verbessert werden. Dies unterstreicht den Mehrwert von DAS in Offshore-Anwendungen, bei denen die begrenzte Anzahl konventioneller Messstationen durch eine kontinuierliche räumliche Erfassung entlang des Glasfaserkabels ergänzt wird.
Obwohl während des Beobachtungszeitraums seismische Aktivität registriert wurde, blieb die Anzahl der Ereignisse insgesamt vergleichsweise gering. Hinweise auf eine unmittelbar bevorstehende verstärkte vulkanische Aktivität lagen nicht vor. Die kontinuierlich registrierte Hintergrundaktivität verdeutlicht jedoch die Bedeutung einer hochauflösenden Dauerüberwachung, um mögliche Veränderungen im Vulkansystem frühzeitig erkennen zu können.
Über die wissenschaftlichen Ergebnisse hinaus zeigt die Studie einen skalierbaren und kosteneffizienten Ansatz für die geophysikalische Offshore-Überwachung. Durch die Nutzung bestehender Glasfaser-Telekommunikationsnetze als verteiltes Sensorsystem lassen sich kontinuierliche Echtzeitmessungen realisieren, ohne zusätzliche Sensoren am Meeresboden installieren zu müssen. Auf diese Weise werden Unterseekabel zu permanenten geophysikalischen Observatorien für die langfristige Überwachung entlegener submariner Vulkansysteme.
Abbildung 2: Beispiel eines durch DAS erfassten seismischen Ereignisses aus der Kikai-Caldera, das nicht im Katalog der JMA aufgeführt ist. Dargestellt sind die mit DAS gemessenen Dehnungssignale ausgewählter Kanäle für dieses Ereignis.
Referenz
Die Inhalte dieser Case Study basieren auf der folgenden Veröffentlichung:
Nakano, M., Nakajima, T., Araki, E., Sugioka, H., Ito, A., Matsumoto, H., Yokobiki, T., Tonegawa, T. und Ono, S.
Seismic activities at Kikai Caldera, Japan, detected using distributed acoustic sensing via seafloor telecommunication cables,
Journal of Volcanology and Geothermal Research, Volume 469, 2026, 108498, ISSN 0377-0273.
https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2025.108498
