Das GeoSEA (Geodetic Earthquake Observatory on the Seafloor) Array ist ein mobiles autonomes Netzwerk von Meeresbodenstationen, um aktive Deformationen des Meeresbodens zu detektieren. Das GeoSEA Netzwerk besteht aus zwei voneinander unabhängigen Komponenten: GeoSURF stellt die Surface Unit bzw. Oberflächeneinheit dar, während GeoSEA das Seafloor Network bzw. das Transponder Netzwerk am Meeresboden umfasst (Abb. 1 und 2).

GeoSEA besteht aus einer Anzahl von Ozeanbodenstationen (Knotenpunkten), die akustisch miteinander korrespondieren. Aus der Laufzeit der ausgesendeten Pings kann der relative Stationsabstand berechnet werden und somit Deformationen innerhalb des Netzwerkes erfasst werden. Gleichzeitig kann das System vertikale Deformationen anhand des Wasserdruckes erfassen. Da die erwarteten Deformationsraten gering sind (einige cm/Jahr), müssen die Stationen mehrere Jahre am Meeresboden verbleiben, was besondere Anforderungen an die Energieversorgung sowie die Datensicherung bzw. den Datentransfer stellt. Hierzu wurde der Wellengleiter GeoSURF (Video) in das System integriert, der autonom an der Wasseroberfläche verbleibt und zum einen den Zustand des Systems überwachen kann, zum anderen die Daten vom Meeresboden per Modem hochladen und anschließend per Iridium-Verbindung ins Labor funken kann (Abb. 3).

Für GeoSEA wurden Transponder der Firma SONARDYNE Ltd gewählt, die bis in Wassertiefen von 6000 m einsetzbar sind. Die AMT (Autonomous Monitoring Transponder)-Geräte sind akustische Transponder, die mit einer Genauigkeit von <15 mm im horizontalen Bereich arbeiten. An diese Geräte ist ebenfalls ein Drucksensor montiert, der anhand von Druckschwankungen vertikale Deformationen mit einer Genauigkeit von 0.0001% ermitteln kann. Ebenfalls integriert ist ein Neigungsmesser mit einer Genauigkeit von 1° zur Bestimmung des Setzungsverhaltens der Geräte. Des Weiteren sind in die Meeresbodenstationen auch Temperatur- und Geschwindigkeitsmesser integriert, so dass eine Kalibrierung vor Ort während des Einsatzes möglich wird.

Das System kann somit sowohl horizontale Distanzmessungen, die mit akustischen Messmethoden cm-Genauigkeit über Distanzen von 2 km garantieren und damit für den Einsatz in tektonisch relevanten Untersuchungsflächen geeignet sind, als auch vertikale Deformationen registrieren, die mit Hilfe von Drucksensoren ermittelt werden, die im System integriert sind.

Abhängig von der morphologischen Beschaffenheit des Meeresbodens im Einsatzgebiet können die GeoSEA-Stationen auf bis zu 4 m hohen Stahltripoden installiert werden (Abb. 4), die mittels eines Tiefseedrahtes und einer Kombination aus Positionstranspondern, Auftrieb und Gewichten mit einem patentierten Verfahren abgesetzt werden können (Kopp et al., 2017).  Dies ermöglicht auch die Installation größerer Netzwerke (Abb. 5) wie z.B. am Kontinentalhang vor Chile (siehe Artikel in Nature: https://www.nature.com/news/the-fight-to-save-thousands-of-lives-with-sea-floor-sensors-1.22178) ohne einen kostenintensiven Einsatz von Tiefseerobotik.

Die Machbarkeit der Methode sowie die Installation sind in Petersen et al, 2019 im Detail beschrieben. U.a. konnte das GeoSEA-Netzwerk weltweit zum ersten Mal ein ‚Slow Slip Event’ an einer Vulkanflanke messen (Abb. 6) (Urlaub et al., Sci. Adv. 2018) und den Spannungszustand der Nordanatolischen Verwerfung in der Marmara-See dokumentieren (Lange et al., Nat. Comm., 2019).