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Einzigartiger Schatz

Zehn Jahre an hochaufgelösten Daten

Das Projekt PermaSense am Matterhorn hat schon jetzt das Ziel weit übertroffen, wie die Forscher berichten. Denn das Sensor-Netzwerk am Matterhorn erbrachte einen einmaligen, zehn Jahre umfassenden hochaufgelösten Datensatz, den die Wissenschaftler im Hochgebirge auf 3.500 Metern über dem Meeresspiegel erhoben haben.

Sensor
Dieser drahtlose Sensor misst Verschiebungen und Temperaturen. © ETH Zürich/ PermaSense

Die 17 verschiedenen Sensortypen an 29 Stellen am Grat und an der Abbruchstelle lieferten dafür 115 Millionen einzelne Datenpunkte. „Dieser Datensatz ist wohl einer der längsten, dichtesten und diversesten Datensätze in der Geschichte der Permafrost-Forschung überhaupt“, sagt Jan Beutel von der ETH Zürich.

Tiefer Einblick

Durch den Einsatz modernster drahtloser Sensorik ist es den Forschern gelungen, sehr viele Daten von hoher Qualität zu erhalten, diese Daten in nahezu Echtzeit verfügbar zu machen und die laufenden Experimente genau zu überwachen und zu steuern. „Die kombinierte Analyse von Langzeitmessungen verschiedener Messsysteme führt zu einem vertieften Verständnis von Prozessen, welche zur Destabilisierung von Felswänden führen kann“, sagt Projektforscher Samuel Weber von der TU München.

Sensornetz
Position von Sensoren des Messnetzes am Hörnligrat. © Weber et al., 2019/ ESSD

„Vor allem die Seismik hat es uns in den letzten drei Jahren der Messkampagne erlaubt, das zu messen, was wir von Anfang an wollten: Steinschlag und Felsstürze“, sagt Jan Beutel von der ETH Zürich. „Wir konnten damit in den Signalen vom Berg Muster erkennen, die solche Ereignisse quantitativ erfassbar machen.“ Mithilfe der seismischen Sensoren ist es den Forschern gelungen, sehr viele Ereignisse – etwa die anfänglich unsichtbare Rissbildung in Felsen – zu registrieren, welche die bisherigen Sensoren nicht erfassen konnten. „Seismische Sensoren registrieren viel mehr und bieten Informationsdichten und Analysemöglichkeiten, die wir uns zuvor nicht vorstellen konnten“, sagt der Forscher.

Algorithmus rechnet Störsignale heraus

Das Netzwerk um seismische Sensoren zu ergänzen, war allerdings sehr aufwändig. Denn sie brauchen Kabel, mehr Strom und tiefere Bohrlöcher, welche erst gebohrt werden mussten. Hinzu kommt, dass die sensiblen Messinstrumente auch Signale aufzeichnen, die gar nicht vom Berg und dem Permafrost-Untergrund stammen. So erzeugen auch die Schritte von Bergsteigern auf dem Weg zum Gipfel bereits Erschütterungen, die die Sensoren aufzeichnen.

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Dieses Hintergrundrauschen mussten die Forscher erst aus den Daten entfernen, mithilfe von maschinellem Lernen und klugen Algorithmen, welche von aktuell am Projekt beteiligten ETH-Doktoranden direkt auf die drahtlosen Sensoren programmiert wurden. Zur Überprüfung fütterten sie die Algorithmen unter anderem auch mit den Belegungsdaten der Hörnlihütte, wo Bergsteiger übernachten. Die Belegungsdaten dienen dabei als Anhaltspunkt, wann Menschen am Berg unterwegs sind und welche Störsignale von ihnen ausgehen.

Quelle: ETH Zürich

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Datenschatz vom Matterhorn
Sensor-Messnetz gibt Einblick in Permafrost und Felssturzgefahr

Ein Berg unter Beobachtung
Das Projekt PermaSense

Schmelzender Kitt
Was Klimawandel, Permafrost und Felsstürze verbindet

Einzigartiger Schatz
Zehn Jahre an hochaufgelösten Daten

Resonanzen im Fels
Wie sich Felsstürze ankündigen

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