Projekt

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Glacial Hazard Monitoring with Seismology (GlaHMSeis)

Gesuchsteller/in Walter Fabian
Nummer 157551
Förderungsinstrument SNF-Förderungsprofessuren
Forschungseinrichtung Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie ETH Zürich
Hochschule ETH Zürich – ETHZ
Hauptdisziplin Hydrologie, Limnologie, Glaziologie
Beginn/Ende 01.04.2015 - 31.03.2019
Bewilligter Betrag 1'436'152.00
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Alle Disziplinen (2)

Disziplin
Hydrologie, Limnologie, Glaziologie
Geophysik

Keywords (4)

seismology; glaciers; natural hazards; climate change

Lay Summary (Deutsch)

Lead
Wenn Gletscher sich in steilem Gelände befinden oder grössere Wassermengen stauen, dann entstehen gefährliche Instabilitäten. So stellen Gletscherabbrüche und Gletscherseeausbrüche ein schwer kalkulierbares Risiko in praktisch allen hochgelegenden alpinen Regionen der Welt dar. In diesem Projekt untersuchen wir seismische Daten, um dem Gefahrenpotential solcher glaziologischen Naturgefahren entgegenzuwirken. Ein Schwerpunkt unserer Messungen und Datenanalysen ist das seismische Hintergrundrauschen, welches stark von der strukturellen Integrität der Eismasse abhängt. Das seismische Hintergrundrauschen birgt deswegen ein noch nicht ausgeschöpftes Potential, um Abbrüche und Kollapse instabiler Gletscher zu verstehen und vorherzusagen.
Lay summary

AIMS

Das Hauptziel dieses Projektes ist es, aufgrund von Änderungen im Hintergrundrauschen den Zeitpunkt und Umfang eines Gletscherabbruchs oder Eisdammkollapses vorherzusagen. Dazu bedienen wir uns moderner Methoden der seismischen Interferometrie, um "in den Gletscher hineinzuschauen", ohne eine aktive Quelle, wie z.B. Explosionen, zu verwenden. Die seismischen Daten werden auf oder neben instabilen Gletschern in der Schweiz erhoben. Des Weiteren untersuchen wir bestehende seismische Datensätze um zu klären, wie anfällig instabile Gletscher auf Erdbebenwellen reagieren.

 

SCIENTIFIC AND SOCIETAL CONTEXT

Um gefährliche Gletscher zu überwachen, werden gegenwärtig fast ausschliesslich Eisoberflächen beobachtet. Das Innere eines Gletschers ist für die meisten Messmethoden unzugänglich, obwohl gerade hier wichtige Prozesse stattfinden, die die Eisstabilität beeinflussen. Die hier vorgeschlagenen Messungen des seismischen Hintergrundrauschens sollen diese Lücke füllen und somit neue Erkenntnisse über Instabilitäten liefern. Somit soll dieses Projekt einen Grundstein legen, um neue Überwachungsmethoden für Gletschergefahren zu entwickeln, von denen der alpine Raum während gegenwärtiger Klimaänderungen besonders betroffen ist.

 

Direktlink auf Lay Summary Letzte Aktualisierung: 03.05.2016

Verantw. Gesuchsteller/in und weitere Gesuchstellende

Mitarbeitende

Publikationen

Publikation
Investigating calving front dynamics with a local seismic-infrasound network
Podolskiy Evgeniy, Genco R., Sugiyama S., Walter F., Funk M., Minowa S., Tsutaki S., Ripepe M. (2017), Investigating calving front dynamics with a local seismic-infrasound network, in The Greenland Ice Sheet and its Interaction with the Climate System, Low Temperature Science Volume, 15-36.
Cryoseismology
Podolskiy Evgeniy, Walter Fabian (2016), Cryoseismology, in Reviews of Geophysics, 54.
Seismic Moulin Tremor
Roeoesli Claudia, Walter Fabian, Ampuero Jean-Paul, Kissling Edi (2016), Seismic Moulin Tremor, in Journal of Geophysical Research - Solid Earth, 5838-5858.
Tide-modulated ice flow variations drive seismicity near the calving front of Bowdoin Glacier, Greenland
Podolskiy Evgeny A., Sugiyama Shin, Funk Martin, Walter Fabian, Genco Riccardo, Tsutaki Shun, Minowa Masahiro, Ripepe Maurizio (2016), Tide-modulated ice flow variations drive seismicity near the calving front of Bowdoin Glacier, Greenland, in Geophysical Research Letters, 43(5), 2036-2044.
Das neue Feld der Cryo-Seismologie: Das Beben im Eis
Walter Fabian, Das neue Feld der Cryo-Seismologie: Das Beben im Eis, in Physik unserer Zeit, 172-177.
Monitoring unstable parts in the ice-covered Weissmies northwest face
Preiswerk Lukas, Walter Fabian, Anandakrishnan Sridhar, Barfucci Giulia, Beutel Jan, Burkett Peter G., Dalban Canassy Pierre, Funk Martin, Limpach Philippe, Marchetti Emanuele, Meier Lorenz, Neyer Fabian, Monitoring unstable parts in the ice-covered Weissmies northwest face, in Interpraevent 2016.
Testing seismic amplitude source location for fast debris-flow detection at Illgraben, Switzerland
Walter Fabian, Burtin Arnaud, McArdell Brian, Hovius Niels, Weder Bianca, Turowski Jens, Testing seismic amplitude source location for fast debris-flow detection at Illgraben, Switzerland, in Natural Hazards and Earth System Sciences, 17, 1-17.

Zusammenarbeit

Gruppe / Person Land
Formen der Zusammenarbeit
California Institute of Technology Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Induced Seismicity/Swiss Seismological Service Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Earthquake Monitoring Group/Swiss Seismological Service Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Forschungsinfrastrukturen
Institute of Environmental Engineering / ETH Zurich Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Forschungsinfrastrukturen
Engineering Seismology Group/Swiss Seismological Service Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Geopraevent AG Schweiz (Europa)
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
- Industrie/Wirtschaft/weitere anwendungs-orientierte Zusammenarbeit
Institut für Geophysik, Universität Hamburg Deutschland (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Department of Geosciences/Penn State University Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
- Austausch von Mitarbeitern
Chemnitzer Werkstoffmechanik GmbH Deutschland (Europa)
- Industrie/Wirtschaft/weitere anwendungs-orientierte Zusammenarbeit
Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research WSL Schweiz (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Institut de Physique du Globe de Paris Frankreich (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Scripps Institution of Oceanography/Univeristy of California San Diego Vereinigte Staaten von Amerika (Nordamerika)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Équipe mécanique des failles/Institut des Sciences de la Terre Frankreich (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Observatoire royal de Belgique - Brussels Belgien (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
Department of Earth Sciences / University of Firenze Italien (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
Università degli studi di Firenze Italien (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Arctic Research Center, Institute for Low Temperature Science / Hokkaido Univserity Japan (Asien)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
- Forschungsinfrastrukturen
Technische Universiteit Delft Niederlande (Europa)
- vertiefter/weiterführender Austausch von Ansätzen, Methoden oder Resultaten
- Publikation
Instrument Pool, Geomorphology Group / GFZ Helmholtz Zentrum Potsdam Deutschland (Europa)
- Forschungsinfrastrukturen

Wissenschaftliche Veranstaltungen

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
EGU General Assembly Poster Seismic Investigation of the Glacier de la Plaine Morte, Switzerland 24.04.2017 Wien, Oesterreich Walter Fabian; Lindner Fabian;
EGU General Assembly Vortrag im Rahmen einer Tagung Cryoseismology 24.04.2017 Vienna, Oesterreich Walter Fabian;
EGU General Assembly Vortrag im Rahmen einer Tagung The Microseismicity of Glacier Sliding 24.04.2017 Vienna, Oesterreich Walter Fabian;
77. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft Poster Seismic Investigation of the Glacier de la Plaine Morte, Switzerland 27.03.2017 Potsdam, Deutschland Lindner Fabian; Walter Fabian;
Alpine Glaciology Meeting Vortrag im Rahmen einer Tagung Seismic monitoring of the 2016 outburst flood of Lac des Faverges on Glacier de la Plaine Morte 03.02.2017 Zurich, Schweiz Lindner Fabian; Walter Fabian;
Alpine Glaciology Meeting Vortrag im Rahmen einer Tagung Cryoseismology 03.02.2017 Zurich, Schweiz Walter Fabian;
Alpine Glaciology Meeting Vortrag im Rahmen einer Tagung Icefalls from the Eiger West Face monitored by interferometric radar and seismometers 03.02.2017 Zurich, Schweiz Walter Fabian; Preiswerk Lukas;
Talk at the Delft University of Technology Einzelvortrag Seismic Interferometry by Multidimensional Deconvolution: A Feasibility Study for Glacial Environments 26.01.2017 Delft, Niederlande Walter Fabian; Lindner Fabian;
49th American Geophysical Union Fall Meeting Vortrag im Rahmen einer Tagung Monitoring unstable glaciers with seismic noise interferometry 10.12.2016 San Francisco, Vereinigte Staaten von Amerika Walter Fabian; Preiswerk Lukas;
Swiss Geoscience Meeting Vortrag im Rahmen einer Tagung Rapid detection and location of debris flow initiation at Illgraben, Switzerland 19.11.2016 Geneva, Schweiz Walter Fabian;
Swiss Geoscience Meeting Vortrag im Rahmen einer Tagung Seismic monitoring of the 2016 outburst flood of Lac des Faverges on Glacier de la Plaine Morte 19.11.2016 Genf, Schweiz Lindner Fabian; Walter Fabian;
Swiss Geoscience Meeting Vortrag im Rahmen einer Tagung Icefalls from the Eiger West Face monitored by interferometric radar and seismometers 19.11.2016 Genf, Schweiz Walter Fabian; Preiswerk Lukas;
Importance of calving for mass budget of Arctic glaciers - Sopot Scientific Seminar on Ice Calving in the Arctic (3SICA) Vortrag im Rahmen einer Tagung What does seismology tell us about calving glaciers? 14.11.2016 Sopot, Polen Walter Fabian;
Seminar der Abteilung Seismologie und Gravimetrie der Koniglichen Sternwarte von Belgien Einzelvortrag Seismology on unstable glaciers 28.10.2016 Brüssel, Belgien Preiswerk Lukas; Walter Fabian;
Seminar Series at the Swiss Seismological Service Einzelvortrag Frontiers in Cryo-Seismology 04.10.2016 Zurich, Schweiz Preiswerk Lukas; Walter Fabian; Lindner Fabian;
2nd TIDES Training School Vortrag im Rahmen einer Tagung Seismic noise interferometry on unstable glaciers 21.09.2016 Sesimbra, Portugal Preiswerk Lukas; Walter Fabian;
2nd TIDES Training School Vortrag im Rahmen einer Tagung Seismic Interferometry by Multidimensional Deconvolution: A Feasibility Study for Glacial Environments 21.09.2016 Sesimbra, Portugal Walter Fabian; Lindner Fabian;
Greenland ice sheet mass loss and its impact on global climate change Vortrag im Rahmen einer Tagung What does seismology tell us about calving glaciers? (invited) 22.03.2016 Sapporo, Japan Walter Fabian;
76. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft Poster Glacial hydraulics revealed by ambient seismic noise 14.03.2016 Münster, Deutschland Lindner Fabian;
76. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft Poster Seismic Noise Interferometry on Ice 14.03.2016 Münster, Deutschland Preiswerk Lukas;
Alpine Glaciology Meeting 2016 Poster Monitoring Outburst Floods using Seismology 25.02.2016 München, Deutschland Lindner Fabian;
5th Munich Earth Skience School Vortrag im Rahmen einer Tagung Using Seismic Noise for Unstable Glacier Monitoring 22.02.2016 Sudelfeld, Deutschland Preiswerk Lukas;
Colloquium in Glaciology Vortrag im Rahmen einer Tagung Monitoring tools in modern glaciology 07.01.2016 Zürich, Schweiz Walter Fabian;
AGU Fall Meeting Vortrag im Rahmen einer Tagung Glacier seismology: eavesdropping on the ice-bed interface (Invited) 14.12.2015 San Francisco, Vereinigte Staaten von Amerika Walter Fabian;
13th Swiss Geoscience Meeting Vortrag im Rahmen einer Tagung Monitoring unstable parts in the ice covered Weissmies north-west face 20.11.2015 Basel, Schweiz Preiswerk Lukas;
Glacier, Ice Sheet and Snow Seismology Session at 26th IUGG General Assembly 2015 Poster Multi-seasonal seismic monitoring of the fracture drainage system at the base of Rhonegletscher, Switzerland 22.06.2015 Prag, Tschechische Republik Walter Fabian;
Forschungsforum Kryosphäre und Geomorphologie & Wasser und Klima Einzelvortrag Recent Developments in Glacier Seismology 05.05.2015 Zürich, Schweiz Walter Fabian;


Selber organisiert

Titel Datum Ort
Glacier, Ice Sheet and Snow Seismology Session at 26th IUGG General Assembly 2015 22.06.2015 Prag, Tschechische Republik

Veranstaltungen zum Wissenstransfer

Aktiver Beitrag

Titel Art des Beitrags Titel des Artikels oder Beitrages Datum Ort Beteiligte Personen
Vortrag zu glaziologischer Forschung, Gemeinde Lenk (BE) Vortrag 29.03.2017 Lenk, Schweiz


Auszeichnungen

Titel Jahr
DGG Best Poster Award 2016
Outstanding Student Paper Award am American Geophysical Union Fall Meeting 2016
SEP-NGP Prize for Young Researchers for the First Best Communication in the Symposia Session “Cryospheric Sciences” of the 13th Swiss Geoscience Meeting (SGM) 2015

Abstract

Over the last decade, glacier seismology has undergone rapid developmental leaps forward. Advances in seismic instrumentation, numerical modeling and data management have made seismology an indispensible tool in glaciological investigations of basal sliding, crevasse formation, iceberg calving and glacier hydraulics. Seismometers can remotely track changes of a glacier's fracture state at a temporal resolution far superior to conventional glaciological monitoring. This makes seismic monitoring an attractive candidate for early warning and mitigation methods of glacial hazards.Despite the many advances, current seismic monitoring of hazardous glaciers poses critical challenges and limitations. Whereas individual "icequakes" are easily detectable and often locatable, complexities in seismograms can inhibit accurate and unambiguous determination of source mechanisms. Furthermore, background seismicity on a glacier is typically high, especially during the melt season. Naturally occurring icequakes may therefore mask important precursory signals of break-off events, which threaten human lives and infrastructure in the valley.Using innovative seismic noise monitoring, I propose to investigate three important classes of glacial hazards, namely hanging glaciers, unstable steep glacier tongues and glacier-dammed lakes. Focusing on the continuous ambient seismic field and wave propagation of icequakes, I will monitor structural changes within hazardous glaciers to more reliably predict catastrophic failure events. This approach will harness state-of-the-art techniques from passive crustal and engineering seismology and greatly reduce the requirement for active seismic and electromagnetic sources typically used for glacier subsurface imaging. In a pioneering research effort the proposed techniques will be applied to the following mechanisms which play central roles in glacier stability: The evolution of the englacial damage state, the evolution of the subglacial drainage system of a steep glacier tongue and resonant vibrations of prone-to-fall portions of high-altitude hanging glaciers.Most parts of the proposed project will involve month-long to yearlong seismometer deployments on or near each of the three unstable glacier types. In addition, another project component will mine eleven seismic data sets from Alpine glaciers, including three multi-year deployments, to answer the question if earthquakes can remotely trigger catastrophic glacier collapses. This question has been subject to debate for decades, yet no clear quantitative information on earthquake shaking thresholds to induce significant englacial fracturing exists.In this proposal I request financial support for seismometer purchase, fieldwork logistics and the hiring of two PhD students and a part-time technician. This will allow implementing a first-of-its-kind monitoring program of unstable glaciers using only passive seismic techniques. Moreover, the proposed imaging and monitoring approaches will resolve changes of a glacier's subsurface structure at a time resolution far superior to laborious and expensive active source methods. The expected project results will not only be a crucial advance in glacier-related hazard monitoring, they will also provide new means to "look into" a glacier and study glacier ice properties. Compared to the rather heterogeneous Earth's crust, where much of the recent studies of ambient seismic noise have been performed, glacier ice is a highly homogeneous medium. The proposed investigations therefore introduce a new natural laboratory for ambient noise monitoring facilitating new method development and testing.This proposed work as an SNSF professor constitutes the exciting opportunity to continue my interdisciplinary work in glacier seismology in the context of natural hazards. Besides, I can make valuable experiences as a university-level instructor and in the supervision of a research team including two PhD students and a technician. The Laboratory of Hydrology, Hydraulics and Glaciology (VAW) of ETH Zurich is the ideal host institute as it can provide the necessary expertise on glacial hazards and fieldwork as well as additional glaciological instrumentation. The long and successful history of close collaboration between VAW and the Swiss Seismological Service (SED) furthermore makes ETH Zurich second to none in terms of expertise, existing scientific infrastructure and proximity to glacier study sites. The proposed research will thus meet ideal scientific infrastructure and advance glacier hazard monitoring at a time when the importance of seismology in glaciological research is continually growing.
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