Das Internet macht es möglich, rund um die Uhr online und weltweit vernetzt zu sein. Aber wo kommen die abgerufenen Daten eigentlich her? Diese Frage stellt sich oft erst dann, wenn der Zugriff nicht reibungslos funktioniert. Wer sich mit der weltweiten digitalen Infrastruktur befasst, stößt schnell auf ein kritisches System. Auch als „digitales Nervensystem“ oder „Rückgrat des Internets“ bezeichnet, umspannt ein Netzwerk von ca. 1,4 Millionen Kilometern Unterseekabeln die Erde. Über diese Kabel am Meeresgrund laufen etwa 99 Prozent des weltweiten Datentransfers. In Zukunft könnten sie noch weitere Aufgaben übernehmen – zum Beispiel als Warnsystem vor Erdbeben und anderen Umweltkatastrophen.
Im Rahmen des EU-Projekts FOCUS hat ein Team von Wissenschaftler:innen um Marc-André Gutscher erforscht, wie die Einsatzmöglichkeiten des gigantischen Kabelnetzwerks erweitert werden können. Das Projekt gehört dem wachsenden Forschungsgebiet des „fibre-optic seafloor sensing“ an. Hierbei werden Unterseekabel als Sensoren genutzt. Die Ergebnisse zeigen Erfolge: Durch die eingesetzte Technologie konnten kleinste Bewegungen am Meeresboden registriert und Temperaturänderungen gemessen werden. Unterseekabel können so zur Frühwarnung vor Erdbeben, Tsunamis und anderen Umweltgefahren dienen.
Damit könnten sie zukünftig nicht nur den Datentransfer am Meeresboden sichern, sondern auch die Sicherheit an Land erhöhen. Ein entscheidender Vorteil ist der Zeitgewinn: Naturereignisse werden unmittelbar beim Auftreten erfasst. Dadurch kann in einer koordinierten Zusammenarbeit mit lokalen Behörden und Warnsystemen frühzeitig Alarm geschlagen und betroffene Regionen besser geschützt werden.
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In 600 Kabeln um die Welt
In immer mehr Staaten gelten Unterseekabel als kritische Infrastruktur. Für den Datentransfer zwischen Kontinenten sind sie derzeit alternativlos. Es wird zwar in Satellitensysteme investiert. Aber sie sind kostenintensiver, langsamer und störungsanfälliger.
Weltweit gibt es mehr als 600 aktive oder geplante Unterseeleitungen. Über Online-Karten wie die Submarinecablemap lassen sich viele der Verbindungen nachvollziehen. In den Kabeln befinden sich sensible Glasfasern, die mit Hilfe von Lichtimpulsen digitale Informationen übertragen. Sie sind durch Schichten aus Stahl, Polyethylen und wasserdichte Materialien vor den Bedingungen der Tiefsee geschützt. Trotzdem lassen sich Beschädigungen nicht vermeiden. Die Internationale Telecommunication Union (ITU) berichtet von jährlich 150 bis 200 Schäden.
Die natürlichen Feinde von Unterseekabeln sind Fischerei und Schiffsanker – besonders in Gebieten, in denen die Kabel nicht so weit in der Tiefe liegen. Oft lässt sich bei Beschädigungen nicht abschließend klären, ob es sich um einen Unfall oder Sabotage handelt. Einen konkreten Fall gab es erst im September 2025, als eine gekappte Glasfaserleitung im Roten Meer den Datentransfer des Microsoft Cloud-Dienstes Azure störte. Ob es sich wie im Jahr 2024 um Sabotage durch Huthi-Rebellen handelte oder doch der Anker eines Frachtschiffs schuld war, ist ungeklärt.
Unterseekabel als Umweltsensoren: „Wir verwandeln das digitale Nervensystem der Welt effektiv in ein ökologisches Nervensystem.“
Das weltweite Netzwerk von Unterseekabeln bietet mit einigen technischen Anpassungen das Potenzial, als Umweltüberwachungssystem zu dienen. Davon ist Marc-André Gutscher, Leiter des FOCUS-Projekts, überzeugt: „Die neuartige sekundäre Nutzung von Glasfaserkabeln könnte einen enormen Durchbruch in der Seismologie und Gefahrenwarnung darstellen. Wir verwandeln das digitale Nervensystem der Welt effektiv in ein ökologisches Nervensystem.“
Die Forschungsgruppe um Gutscher nutzt hierzu zwei komplementäre Techniken: Distributed Acoustic Sensing (DAS) und Brillouin Optical Time Domain Reflectometry (BOTDR). Bei beiden Methoden schickt ein Laser Licht durch die Glasfaser. Damit werden kleinste Veränderungen darin erfasst, wie sich Licht durch die Faser bewegt. So lassen sich Aktivitäten und Temperaturveränderungen am Meeresboden registrieren.
DAS nutzt Rayleigh-Streuung zur Erfassung von akustischen Signalen entlang der Glasfaser. Ein Laserimpuls läuft durch die Glasfaser. Bewegungen oder Erschütterungen verändern das zurückgestreute Licht. Anhand dieser Veränderungen kann man in Echtzeit feststellen, wo entlang der Faser etwas passiert. Die Technik erlaubt es, Vibrationen, Schallwellen und andere Bewegungen entlang der Faser zu messen. Seismische Wellen werden innerhalb von Sekunden erkannt. Das ermöglicht sofortige Frühwarnungen bei Erdbeben und Tsunamis. Mit DAS lassen sich außerdem Schiffsbewegungen beobachten, Walrufe erkennen und sogar einzelne Wale nachverfolgen.
BOTDR (Brillouin Optical Time Domain Reflectometry) basiert auf der Brillouin-Streuung und misst mechanische Dehnung sowie Temperaturänderungen. Auch hier wird ein Laser durch die Faser geschickt. Das Licht trifft auf das Kristallgitter der Glasfaser. Veränderungen in Spannung oder Temperatur führen zu einer Veränderung der Brillouin-Streuung, die entlang der Faser gemessen wird. Hierdurch lassen sich Temperatur- und Spannungsverläufe kilometerweit erfassen. BOTDR eignet sich besonders für die langfristige Überwachung von Unterwasser-Verformungen und trägt zur Analyse und Prognose von Erdbebenrisiken bei.
Beide Technologien ermöglichen es, kleinste Deformationen im Kabel zu erkennen und Aktivitäten am Meeresboden effektiv zu überwachen. „Wenn irgendetwas das Kabel stört – wenn es daran zieht, es verschiebt oder es sich erwärmt oder abkühlt – dann können wir das messen“, sagt Gutscher.
FOCUS-Technologie im Einsatz
Ein Prototypkabel der Forschungsgruppe liegt vor der Küste Siziliens, nahe dem Vulkan Ätna. Im Jahr 1908 wurde die Region durch ein schweres Erdbeben erschüttert, auf das eine Tsunami-Welle folgte. Mehr als 80.000 Menschen starben. In dieser seismisch aktiven Region trägt das FOCUS-Kabel jetzt zum besseren Schutz der Bevölkerung bei.
Auf den ersten Blick sieht es wie ein herkömmliches Telekommunikationskabel aus. Es enthält jedoch hochsensible Sensorfasern, die feinste mechanische Störungen am Meeresboden erfassen. Mit Hilfe von BODTR messen die Forschenden minimale Längenänderungen, die auf seismische Aktivitäten hinweisen. Im Jahr 2020 wurde so bereits eine massive Unterseeströmung erfasst. Das ist eine Art Unterwasserlawine, die Tsunamis auslösen kann.
Vor der Karibik-Insel Guadeloupe setzt das Team um Gutscher Unterseekabel aktuell zur Überwachung von Umweltbedingungen ein. Sie ergänzen Satellitentechnologie, die sich auf die Meeresoberfläche konzentriert, um Echtzeitdaten aus der Tiefe. Neben Temperaturentwicklungen werden so auch Veränderungen in der Tiefsee registriert. So wurde zum Beispiel eine starke Korallenbleiche erfasst, die zum Absterben von 30 Prozent der Korallen innerhalb von zwei Jahren führte. Grund dafür war ein Anstieg der Wassertemperatur von 1,5 Grad in den Jahren 2022 bis 2024.
Grenzen der Kabelnutzung
Neben Unfallrisiken sowie möglichen Sabotageakten ist vor allem der Zugriff auf Unterseekabel ein kritischer Faktor. Die Eigentumsverhältnisse im globalen Datennetz sind komplex. Früher wurden Unterseekabel größtenteils durch Konsortien von Telekommunikationsanbietern und teils von Regierungen betrieben. Heute wächst die Datenkontrolle durch Big-Tech-Unternehmen wie Alphabet, Apple, Amazon, Google, Microsoft und Meta massiv. Die Tech-Konzerne entwickeln ihre KI-Systeme weiter und müssen ihre ständig wachsenden Netzwerke aus Rechenzentren global verbinden. Die geplanten Investitionen in neue Unterseeprojekte in den Jahren 2025 bis 2027 werden vor diesem Hintergrund auf etwa 13 Milliarden US-Dollar geschätzt. Daneben steigt auch der Einfluss Chinas stetig.
Unter der Oberfläche: Unterseekabel folgen kolonialen Mustern
Die Künstlerin Esther Mwema deckt die verborgene Architektur des Internets auf und zeigt am Beispiel von Unterseekabeln, wie die globalen Big-Tech-Player koloniale Machtstrukturen reproduzieren.
Auf Nachfrage bestätigt Marc-André Gutscher, dass der Kabelzugriff eine wesentliche Herausforderung darstellt. Die Nutzung aktiver Unterseekabel war bisher nur in Ausnahmefällen möglich. Kabelbetreiber haben unter anderem Bedenken, dass die genutzte Sensortechnologie den Datentransfer stören könnte. Dieser Vorbehalt lässt sich bislang nicht gänzlich ausräumen.
Das Forschungsteam um Gutscher sowie vergleichbare Projekte nutzen sogenannte Interrogatoren, die Laserimpulse in die Glasfaser senden. Das rückgestreute Licht wird dann ausgewertet, um Vibrationen, Dehnung oder Temperatur entlang des Kabels zu erfassen. Viele der heute eingesetzten Interrogatoren arbeiten im dem gleichen Wellenlängenbereich, der auch für den Datentransfer genutzt wird. Das kann zu Störungen führen, Übertragungskapazität belegen und für Kabelbetreiber zum Risiko werden. Mittlerweile sind jedoch technische Alternativen vorhanden. „Es gibt inzwischen eine neue Generation von Interrogatoren, die in einem anderen optischen Band arbeiten“, so Gutscher. „Dadurch lassen sich solche Interrogatoren auf aktiven Telekommunikationsfasern einsetzen, ohne den Datenverkehr zu stören. Für Kabelbetreiber ist das deutlich attraktiver, weil keine Übertragungsbandbreite verloren geht.“ Ein Positivbeispiel für die Nutzung aktiver Kabel ist ein Forschungsprojekt um den Wissenschaftler Zhongwen Zhan. Für seine Forschung zur Erdbebenwarnung erhielten er und sein Team Zugriff auf das sogenannte „Curie Cable“, das von Google betrieben wird und die USA mit Chile und Panama verbindet.
Auch stillgelegte Unterseekabel sind für die Forschung nicht ohne Weiteres nutzbar. Aufgrund von Umweltauflagen müssen außer Betrieb genommene Kabel entfernt werden. Dazu kommen komplexe Genehmigungsverfahren, insbesondere in sensiblen maritimen Zonen, hohe Kosten für Messgeräte und Kabelbetrieb sowie rechtliche Fragen zu Eigentum, Haftung und Datennutzung.
Technisch herausfordernd ist laut Gutscher außerdem die begrenzte Reichweite der Interrogatoren. Diese beträgt bei DAS-Interrogatoren derzeit maximal 150 km und bei BOTDR-Interrogatoren maximal 70 km. Aktuell ist es in einem kommerziellen Unterseekabel noch nicht möglich, Abfragen über die erste Repeater-Einheit (bei ca. 70 km) hinaus durchzuführen. Dadurch beschränken sich Beobachtungen auf den ersten küstennahen Kabelabschnitt. Zwar gibt es neue Entwicklungen, die über spezialisierte Repeater-Einheiten eine Abfrage über Ozeangrenzen hinweg ermöglichen könnten. Diese sind aber technisch noch nicht vollständig ausgereift. Die Repeater verstärken das Licht für die Übertragung über lange Strecken, schwächen jedoch die entlang der Faser zurücklaufenden Reflexionen ab.
Auch die enormen Datenmengen, die Techniken wie DAS produzieren, sind eine Hürde. „Durch die hohe Auflösung kann ein typisches 50 bis 100 Kilometer langes Kabel täglich rund 1 Terabyte an Daten erzeugen. Das ist zu viel, um es einfach zu verwalten, und es müssen je nach Anwendungsfall passende Lösungen gefunden werden,“ sagt Gutscher. Eine mögliche Lösungsstrategie könnte dem Forscher zufolge die selektive Speicherung relevanter Ereignisse sein.
Wie geht es nach dem FOCUS-Projekt weiter?
Offiziell endete das FOCUS-Projekt im September 2025. Wie es weitergeht, ist noch unklar. Im Gespräch mit Gutscher wird jedoch schnell deutlich, dass er den Forschungsansatz trotz der bestehenden Herausforderungen weiter vorantreiben wird. Aktuell arbeitet er an einem neuen Forschungsantrag für 2026. Die Kabel-Technik ist zwar noch nicht vollkommen ausgereift und bis zu einem globalen Sensornetzwerk ist es noch ein weiter Weg. Aktuelle technische Fortschritte und die Tatsache, dass sein Thema derzeit heiß diskutiert wird – „l’air du temps“, wie man bei ihm in Frankreich sagen würde – machen den Forscher dennoch zuversichtlich.
Im Forschungsgebiet des „fibre-optic seafloor sensing“ tut sich einiges. Mitte Dezember 2025 stellte ein Team unter Leitung der Nokia Bell Labs, der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Nokia, ihren Ansatz vor, durch Repeater verursachte Reichweitebegrenzungen zu überwinden, ohne den laufenden Datentransfer zu stören. Dafür wurde ein 4.400 Kilometer langes Telekommunikationskabel zwischen Hawaii und Kalifornien erweitert – zu 44.000 seismischen Stationen im Abstand von jeweils 100 Metern. Der Ansatz des Forschungsteams macht sich die Repeater zunutze. Diese haben eine sogenannte „Loop-Back-Funktion“, die die Fasern auf Funktionsfähigkeit überwacht. Durch diese Funktion lassen sich die reflektierten Lichtsignale zurückschicken und verstärken. So können selbst entlegenste Kabelabschnitte überwacht werden. Mit Hilfe von DAS registrierte das eingesetzte Kabel dieses Jahr ein Erdbeben der Stärke 8,8, das Ende Juli die Halbinsel Kamtschatka in Russland traf. Außerdem registrierte es Anzeichen einer anschließenden Tsunamiwelle.
Auch in Deutschland widmen sich seit März 2025 das GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung in Potsdam und das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel verstärkt der Nutzung von Unterseekabeln als Sensoren zum Umweltmonitoring. 30 Millionen Euro fließen in ein 5-Jahres-Projekt, das den sogenannten SAFAtor („SMART Cables And Fiber-optic Sensing Amphibious Demonstrator“) zum Leben erwecken soll. Hierzu wird ebenfalls ein Unterseekabel mit spezieller Sensortechnologie ausgestattet. Ergänzt wird es durch küstennahes Monitoring an verschiedenen Observatorien. So soll eine dauerhafte Monitoring-Infrastruktur geschaffen und perspektivisch die „Ozeandatenlücke“ geschlossen werden. Ob der SAFAtor seinem Namen gerecht wird, bleibt abzuwarten.
