Der Planet Erde ist einem ständigem Wandel unterworfen: Das Klima verändert sich spürbar, Naturgefahren wie Erdbeben, Vulkanausbrüche, aber auch Hochwasser und Hangrutschungen bedrohen viele Menschen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ ergründen diese dynamischen und oft sehr komplexen Vorgänge im System Erde. Ihre Erkenntnisse tragen maßgeblich dazu bei, die vielfältigen Prozesse auf, in und über der Erde besser zu verstehen und Strategien zu entwickeln, um ein nachhaltiges Leben auf dem Planeten zu ermöglichen.

Satellitengestützte Schwerefeldmessung: Nachfolgemission für GRACE startet im Frühjahr
Das GFZ setzt zahlreiche Beobachtungssysteme ein, um Veränderungen auf der Erde präzise zu erfassen. Dazu gehören auch Satelliten. Die Mission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), eine Kooperation von NASA, GFZ und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), hat zwischen 2002 und 2017 das Erdschwerefeld und dessen Änderungen genau vermessen. Damit konnten etwa der Rückgang des Gletschereises in Grönland sowie Übernutzung von Grundwasservorkommen präzise dokumentiert werden. Mit einem erfolgreichen Betrieb über gut 15 Jahren hat GRACE die ursprünglich geplante Missionsdauer von fünf Jahren auf das Dreifache ausgedehnt. Aus technischen Gründen musste der Messbetrieb jedoch im Oktober beendet werden. In der Nacht zum 24. Dezember 2017 kehrte der erste von zwei Satelliten zurück in die Erdatmosphäre und verglühte, der zweite wird in wenigen Wochen folgen.

„Die Mission GRACE hat uns eine Fülle von Daten geliefert, die die dynamischen Änderungen im System Erde in bisher unbekannter Genauigkeit erfassen“, sagte der Wissenschaftliche Vorstand des GFZ, Prof. Reinhard Hüttl anlässlich der Neujahrs-Pressekonferenz. „Auch wenn die Mission im Weltall nun beendet ist, geht die Arbeit für die Wissenschaft hier auf der Erde weiter. Weitere Analysen in dem umfassenden Datensatz werden mit Sicherheit neue Erkenntnisse bringen.“ Besonders erfreulich sei, dass die satellitengestützten Messungen des Erdschwerefelds in naher Zukunft fortgesetzt werden – und dies mit noch größerer Genauigkeit: Die Zwillingssatelliten der Nachfolgemission GRACE-FO (für Follow-On), die das GFZ gemeinsam mit der NASA betreiben wird, sollen im Frühjahr starten. Gebaut wurden sie von Airbus in Friedrichshafen am Bodensee. Nach umfangreichen Tests auf ihre Weltraumtauglichkeit wurden die beiden Raumfahrzeuge im Dezember zum Startplatz nach Kalifornien gebracht und werden nun für die Reise ins All an Bord einer Falcon-9-Rakete der Firma SpaceX vorbereitet.

Energie- und Wärmwende: den geologischen Untergrundes intensiver nutzen
Hüttl unterstrich, dass die Geoforschung eine Leitwissenschaft auf dem Weg in eine nachhaltige Zukunft sei. „Wenn wir unsere Energieversorgung umwelt- und klimafreundlicher gestalten wollen – und hier schließe ich ausdrücklich auch die Wärmeversorgung ein, die weiterhin noch mehr von fossilen Rohstoffen abhängt als die Stromerzeugung – dann müssen wir die Geo-Ressourcen zwingend in den Blick nehmen und nutzen.“ Dazu zähle beispielsweise eine verstärkte Nutzung der Geothermie. Das GFZ erforscht diese Option am Standort Groß Schönebeck in der Schorfheide, nördlich von Berlin. Dort erfolgten im Jahr 2017 umfangreiche seismische Messungen, die einen detaillierten Einblick in den geologischen Untergrund bis in vier Kilometer Tiefe erlauben. Dies wiederum liefert wichtige Informationen für eine Entscheidung über eine mögliche weitere Tiefbohrung am Standort.

„Der geologische Untergrund ist nicht allein als wetterunabhängige und damit zuverlässige Energiequelle wertvoll“, sagte Hüttl weiter. „Er kann auch als Speicher genutzt werden, um Fluktuationen beim Angebot anderer erneuerbarer Energien auszugleichen.“ Denkbar sei beispielsweise, dass mit überschüssigem Windstrom erzeugte Synthesegase in tiefen porösen Gesteinshorizonten gelagert würden, um sie bei Bedarf wieder an die Erdoberfläche zu holen. Dass eine sichere Gasspeicherung möglich ist, hätten zahlreiche kommerzielle Erdgasspeicher und nicht zuletzt das GFZ-Forschungsvorhaben zur geologischen Speicherung von Kohlendioxid (CO2) im brandenburgischen Ketzin gezeigt, das im Jahr 2017 erfolgreich abgeschlossen wurde.

Ein weiterer Beitrag zur Energie- und Wärmewende können saisonale Wärmespeicher liefern. Bei diesen Anlagen wird überschüssige Wärme mittels einer Flüssigkeit in den Untergrund gebracht und nach Tagen oder Wochen bedarfsgerecht wieder entnommen. Dieses Konzept wird zum Beispiel bei der Klimatisierung des Berliner Reichstags genutzt und ist gerade für die Metropolregion Berlin-Potsdam eine denkbare Option auf dem Weg zur klimafreundlichen Stadt.

Seismisches Messnetz errichtet: Tiefer Einblick in die Alpen
Neben solchen anwendungsnahen Forschungen ist das GFZ auch in der geowissenschaftlichen Grundlagenforschung aktiv – weltweit. Besonders spannend ist jedoch ein aktuelles Projekt in relativer Nähe: in den Zentralalpen. Obwohl Generationen von Geoforscherinnen und –forschern dieses Gebirge erkundet haben, gibt es doch noch einige große Fragen. So scheint sich beispielsweise die Bewegung von Erdplatten in der Region zu widersprechen. Geländebefunden zufolge werden im östlichen Teil Stücke der Adriatischen Platte nach Norden hin unter das Gebirgsmassiv subduziert; im westlichen Teil erfolgt die Subduktion in entgegengesetzter Richtung, hier taucht Europa offenbar nach Süden unter das Gebirge ab.

Um die Vorgänge im Untergrund besser aufzuklären, hat ein Team des GFZ gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus weiteren deutschen und europäischen Einrichtungen ein dichtes Messnetz mit 150 Seismometern installiert. Sie zeichnen schwache Erdbebenwellen auf. Aus den Daten können die Geophysikerinnen und Geophysiker ein detailliertes Bild des Untergrunds erzeugen, gleichsam „hineinschauen“ – und so hoffentlich weitere offene Fragen der alpinen Geoforschung beantworten helfen.

Neubau: Baubeginn für GeoBioLab
Auf dem Wissenschaftscampus „Albert Einstein“ auf dem Telegrafenberg, wo die meisten Abteilungen des GFZ beheimatet sind, entsteht der Neubau des „GeoBioLab“. Dort sollen vor allem Laborräume für geomikrobiologische Forschungen entstehen und die Serverkapazitäten des Zentrums weiter konzentriert werden. Die Baukosten belaufen sich auf rund 13 Millionen Euro, das Gebäude soll Ende 2020 eingeweiht werden.

Kunst und Wissenschaft: Einzigartiges Porträtprojekt von Horst Wackerbarth am GFZ
Seit mehr als einem Vierteljahrhundert bereist der Düsseldorfer Foto- und Videokünstler Horst Wackerbarth mit seiner „Roten Couch“ die Welt und porträtiert Menschen. Wackerbarth stellt das Sitzmöbel in das jeweilige Lebensumfeld der Personen und fotografiert sie darauf. Dazu stellt er Fragen nach persönlichem Glück, Unglück, nach dem Ursprung des Universums oder dem Wert der Arbeit. Mehr als 1000 Menschen – darunter chinesische Landarbeiter ebenso wie Steve Jobs und Jimmy Carter, haben bereits auf der Couch Platz genommen, bevor Wackerbarth im Sommer 2017 ans GFZ kam.

Für die Porträtreihe „Mensch, Erde!“ entstanden bisher mehr als 130 Bilder und Interviews mit Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Zentrums. Intensiv, berührend, magisch. Anlässlich des Neujahrsempfangs gab der Künstler nun erstmals Einblicke in das Projekt. „Ich habe noch nie mit einer wissenschaftlichen Einrichtung gearbeitet, für mich war das wirklich ein Abenteuer“, sagt Wackerbarth. „Ich war überrascht, wie viel es hier auf dem Telegrafenberg zu entdecken gibt. Es ist eine faszinierende Welt, wie unter einem Brennglas: Die Menschen, die hier arbeiten, der historische Wissenschaftspark in dem idyllischen Bergwald, dazu die Hightech-Geräte und das internationale Flair – das hat mich wirklich beeindruckt“, sagt Wackerbarth.

„Ich war von der Idee einer Porträtreihe hier am GFZ von Anfang an begeistert, denn über die Verknüpfung mit der Kunst bieten sich ganz neue Wege, unsere Forschungsarbeit in die Gesellschaft zu bringen und darüber in einen Austausch zu treten“, ergänzt Hüttl. „Das Ergebnis hat mich nochmals im positiven Sinne überrascht: Die Porträts von Professorinnen und Technikern, Sekretärinnen und Laboranten geben Einblicke in ihre Tätigkeiten, ihre Motivation, ihre Befürchtungen und Freuden. Auf diese Weise entsteht ein wirklich vielfältiges Bild des GFZ – so vielfältig wie die Erde selbst.“

Druckfähige Abbildungen finden Sie hier:

1) Künstlerische Darstellung des Satellitentandems GRACE-FO (Rendering: Courtesy NASA JPL-Caltech) media.gfz-potsdam.de/gfz/wv/pm/18/10734_grace-fo_Courtesy%20NASAJPL-Caltech.jpg

2) Geothermie: Fördertest in Groß Schönebeck 2008 (Foto: GFZ) media.gfz-potsdam.de/gfz/wv/pm/18/10739_Gross_Schoeneb-Foerdertest_2008_GFZ.jpg

3) Vibrationsfahrzeuge in der Schorfheide (Foto: GFZ) media.gfz-potsdam.de/gfz/wv/pm/18/10738_Vibrationsfahrzeuge-in-der-Schorfheide_GFZ.jpg

4) GeoBioLab (Rendering: Heinle, Wischer und Partner, Freie Architekten) media.gfz-potsdam.de/gfz/wv/pm/18/10732_170106_GFZ_P2_v01_hwp.jpg

5) Projekt „Mensch, Erde!“: Katja Schaar, Sabine Richter, Niels Hovius (v. li.) am Tor zum Wissenschaftspark Albert Einstein. (Foto: Horst Wackerbarth für das GFZ) media.gfz-potsdam.de/gfz/wv/pm/18/10735_Rote%20Couch_Niels%20Hovius_Sabine%20Richter_Katja%20Schaar.jpg

6) Projekt „Mensch, Erde!“: Fadwa Alshawaf und Harald Schuh auf dem Dach des Geodätischen Instituts. (Foto: Horst Wackerbarth für das GFZ) media.gfz-potsdam.de/gfz/wv/pm/18/10736_Rote%20Couch_Harald%20Schuh_Fadwa%20Alshawaf.jpg

7) Projekt „Mensch, Erde!“: Thomas Gerber, kostümiert als Hermann von Helmholtz, der seinen Stock auf die Atomuhr stützt, die früher das Zeitsignal für die DDR erzeugte, und ein Kind aus der Telegrafenberg-Kita Geolino. Im Hintergrund das Paläomagnetische Labor. (Foto: Horst Wackerbarth für das GFZ) media.gfz-potsdam.de/gfz/wv/pm/18/10737_Rote%20Couch_Thomas%20Gerber_Hakon%20Mangelsdorf.jpg

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