Sektion 2.2: Geophysikalische Abbildung des Untergrunds
Die äußerste, feste Schale der Erde, die Erdkruste, ist das, was der Mensch als sein Fundament betrachtet. Diesen Lebensraum zu verstehen, zu erkunden und Vorhersagen über seine Entwicklung und Nutzung zu machen, ist Aufgabe der oberflächennahen und angewandten Geophysik. Dabei ist es genauso wichtig, die globalen Prozesse der Plattentektonik und das, was die Geodynamik treibt, zu verstehen, wie auch die kleinräumigen lokalen Phänomene zu studieren, die z.B. eine Entscheidung über die Nutzung des Untergrundes (z.B. Lagerstätten, Wasser, Infrastruktur) ausmachen. Ebenso stellen rechtzeitiges Erkennen, Quantifizieren und die Bewertung von Georisiken (z.B. Massenbewegungen, Erdfälle, Umweltveränderungen) bei zunehmender Vulnerabilität besiedelter Räume unsere Herausforderungen dar.
Um den unterirdischen Raum zu erkunden, verwenden wir verschiedene geophysikalische Methoden, die auf die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften des Untergrundes eingehen. Dabei konzentrieren wir uns in vier Arbeitsgruppen auf elektromagnetische und seismische Verfahren. Diese werden in Feldexperimenten und am Computer weiter entwickelt, durch Entwicklung innovativer Gerätetechnik unterstützt und schließlich mit Simulationen zur Vorhersage gebracht.
Unsere Ziele und Aufgaben
- Grundlagenforschung und angewandte Forschung als Einheit betreiben.
- Vorhersagemöglichkeiten mit nicht-invasiven Messungen fördern.
- Erkundung und Überwachung zur Nutzung des unterirdischen Raumes voran bringen.
- Daseinsvorsorge mit Bezug auf Naturgefahren und Rohstoffverfügbarkeit unterstützen.
- Quantitative Methoden insb. für den urbanen Raum und bzgl. Georisiken entwickeln.
- Betrieb großer Infrastruktur für die Geo-Community
Das Forschungsgebiet der Elektromagnetik im geowissenschaftlichen Kontext
Das Forschungsgebiet der Elektromagnetik umfasst ein weitreichendes Feld in der Geophysik. Prinzipiell wird mit den dazugehörigen Verfahren die elektrische Leitfähigkeit von Geomaterialien als physikalischer Parameter des Untergrunds bestimmt. Die Tiefenskala reicht dabei von den obersten Bodenschichten (< 1m) bis in den tiefen Erdmantel (> 100km) hinein. Entsprechend vielfältig sind Messmethoden und Anwendungsbereiche an Land, im Wasser und in der Luft.
Kompetenzfeld Seismik
Wir wenden Methoden der angewandten Seismik an, um Strukturen im Erdinneren zu erkunden und dynamische Prozesse abzubilden. Dabei werden elastische Wellen, die von natürlichen Quellen ausgehen oder sich als Umgebungsrauschen in der Erde ausbreiten, beobachtet und auf die Geschwindigkeitsstruktur im Untergrund geschlossen. Für die Abbildung oberflächennaher Prozesse bis zur Charakterisierung geodynamischer Strukturen betrachten wir den Skalenbereich von wenigen Metern bis zu mehreren Hundert km.
Distributed Acoustic Sensors - DAS
Wir verwenden faseroptische Messverfahren und insbesondere ortsverteilte akustische Dehnungsmessungen (Distributed Acoustic Sensing - DAS), um den Untergrund in einer Vielzahl von Umgebungen in Tiefenskalen von zehn Metern bis zu mehreren Kilometern abzubilden und zu überwachen. Indem wir sowohl bestehende Telekommunikationsnetze (dunkle Glasfasern) als auch zweckmäßige Installationen in Bohrlöchern und Gräben nutzen, bearbeiten wir eine Vielzahl geowissenschaftlicher Probleme, darunter unter anderem die geothermische Nutzung des Untergrundes sowie die Vulkanüberwachung und Geophysik in urbanen Räumen.
Infrastruktur, Geräteentwicklung und Feldmessungen
Der "Geophysikalische Gerätepool" (Geophysical Instrument Pool Potsdam, GIPP) stellt seismische und magnetotellurische Geräte und Sensoren für Projekte des GFZ, von Universitäten und anderen Forschungseinrichtungen zur Verfügung. Der Pool wird von unser Sektion betrieben (GIPP). Die Entwicklung von Messgeräten (insbesondere Datenrekorder) bildet einen großen Teil unsere Arbeit. Diese Infrastruktur und innovativen Geräte bilden die Grundlage für unsere umfangreichen Feldmessungen.
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