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Geophysikalisches Klassentreffen

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:36 — abgelaufen

Eis auf dem Mars, Meteoriteneinschläge auf der Erde, römische Wasserleitungen in der Eifel, Bäume im Labor, künstliche Erdbeben in Tunneln, Vulkane im Computer: Das Programm der 68. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft in Freiberg ist vielfältig. Drei GEOTECHNOLOGIEN-Projekte sind Anfang März mit dabei.

Die Wende hatte es möglich gemacht: Im Herzen von Berlin war Anfang der neunziger Jahre plötzlich ein riesengroßes Stück Bauland frei geworden. Heute ist der Potsdamer Platz als einzigartiges architektonisches Ensemble jedes Jahr Anziehungspunkt für Millionen Touristen. Solch eine einmalige Chance könnten Mitte des Jahrhunderts auch einige andere deutsche Städte bekommen – wenn die Deutsche Bahn ihre Pläne wahr macht und die weit verzweigten Gleisanlagen einiger Großstadtbahnhöfe unter die Erde verlegt. „Solche Mammut-Projekte sind allerdings nur dann möglich, wenn man genau weiß, wie es unter der Erde aussieht“, meint Thomas Bohlen von der TU Bergakademie Freiberg. „Denn die Erfahrung zeigt, dass vor allem unzureichende Kenntnisse über die Beschaffenheit des Baugrundes immer wieder enorme Mehrkosten verursachen.“

Thomas Bohlen koordiniert das wissenschaftliche Programm der 68. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, die vom 3. bis 6. März 2008 an der TU Bergakademie Freiberg stattfindet. Etwa 450 Geophysiker kommen dabei zusammen, um sich über die neuesten Entwicklungen auf ihrem Fachgebiet auszutauschen. „Oberflächennahe Geophysik ist dabei einer der Schwerpunkte der Tagung“, sagt Bohlen. Gemeint sind damit alle Untersuchungen, die sich mit dem Bereich der Erde bis zu einer Tiefe von ca. 100 Metern beschäftigen. Dazu zählen Teile der menschlichen Infrastruktur, wie etwa Fundamente von Gebäuden oder eben Tunnel-Bauten, aber auch wichtige Rohstoffe wie Wasser und Mineralien sowie Deponien für Haus- und Industriemüll. Gleich mehrere Tagungsbeiträge widmen sich dabei zwei Projekten des Forschungs- und Entwicklungsprogramms GEOTECHNOLOGIEN: einmal dem Projekt OnSITE, das sich mit der Unterstützung von Tunnelarbeiten beschäftigt, und dem Projekt COMEXTECH.

Letzteres will die Untersuchung von Baugrund verbessern, indem es die bisherigen Verfahren um seismische Methoden ergänzt. Bisher wurden vor allem Bohrlöcher angelegt und Bodenproben im Labor untersucht, um zum Beispiel die Festigkeit des Gesteins zu ermitteln. Kernstück von COMEXTECH ist dagegen ein Gerät, das aus einer Schallquelle besteht, an die eine Kette von Beschleunigungsmessern angehängt wird, um die von der Schallquelle angeregten seismischen Signale aus dem Untergrund aufzunehmen. So kann man dann – zum Beispiel mit einem Traktor – diese Mess-Kette über den Boden ziehen und gleichmäßig Daten aufnehmen, während vorher nur stichprobenartige Untersuchungen möglich waren.

 

Aufgerissener Krater in Sao Paulo
Aufgerissener Krater in Sao Paulo. Das Loch öffnete sich im Januar 2007 während der Arbeiten an einer U-Bahn-Station und verschuckte die Lastwagen des Bautrupps, einen Kleinbus und mehrere Passanten. Katastrophen wie diese zeigen, wie wichtig eine Vorerkundung des Untergrunds ist. Gerade dieser Bereich der Geoforschung ist einer der Schwerpunkte der Freiburger Tagung. © Tint, CL Photo Studios


Das Projekt OnSITE nimmt seismische Messungen während der Bohrung eines Tunnels vor. Ziel ist dabei, Störungen wie Wasseradern oder bröseliges Gestein zu erkennen, noch bevor die Tunnelbohrmaschine die betreffende Stelle erreicht hat. Auf diese Weise können die Ingenieure Gegenmaßnahmen treffen, ohne dass zum Beispiel ein Wassereinbruch die Bohrarbeiten für längere Zeit lahmlegt. Eine besondere Schwierigkeit ist hier, dass bei sowieso schon weichem Gestein nicht nur die Bohrfront, sondern auch das den Tunnel umgebende Gestein für Messungen nicht direkt zugänglich ist, da die Tunnelröhre sofort nach der Erbohrung einer bestimmten Strecke mit Beton verschalt werden muss. Trotzdem ist es den Forschern gelungen, bis zu 80 Meter weit in die Vortriebsrichtung zu "sehen". Möglich machen dies Vibrationsgeräte an der Tunnelinnenwand und drahtlose seismische Empfänger für die Messungen. Ausgewertet werden diese Messungen von einem selbst lernenden Interpretationssystem, das auch beim Bohren erfasste geotechnische Parameter berücksichtigt.

Auch beim dritten GEOTECHNOLOGIEN-Projekt, das in Freiberg vorgestellt werden wird, spielt die Datenauswertung am Computer eine entscheidende Rolle. „Eine große Herausforderung ist dabei vor allem, die in unserem Verbundprojekt anfallenden großen Datenmengen aus vielen unterschiedlichen Quellen zusammenzuführen und daraus schnell ein konsistentes physikalisches Modell zu erstellen“, sagt Matthias Hort von der Universität Hamburg. Und dass es wirklich schnell geht, kann überlebenswichtig sein – denn Hort koordiniert das Projekt Exupéry, das bis zum Jahr 2010 ein mobiles System zur Überwachung von Vulkanen aufbauen wird. Neun Universitäten und Forschungseinrichtungen wirken dabei mit. Sie führen unter anderem Radarmessungen am Boden sowie per Satellit durch, die Auskunft geben sollen über kleinste Deformationen des Vulkans im Bereich von wenigen Millimetern. Solche Deformationen weisen auf Spannungen hin, die vor einem Ausbruch des Vulkans auftreten.

„Die Radarmessungen am Boden geben uns die Möglichkeit, einen beschränkten Teil des Vulkans kontinuierlich zu beobachten“, erklärt Matthias Hort. „Radar-Satelliten können dagegen das gesamte Terrain unter die Lupe nehmen. Aber sie bewegen sich weiter über die Erdoberfläche und tauchen erst nach Tagen wieder an derselben Stelle auf.“ In beiden Fällen nutzen die Geophysiker das Prinzip der Interferometrie: Dabei werden Radarwellen auf das zu untersuchende Objekt geschickt und die reflektierten Strahlen mit zwei Sensoren aufgefangen, die sich in einem bestimmten Abstand voneinander befinden. Dies ermöglicht – genau wie beim Menschen mit seinen zwei Augen – das Stereo-Sehen und liefert genaue dreidimensionale Bilder des Geländes. Sie werden ergänzt durch Informationen über den Gehalt an Schwefeldioxid in der Atmosphäre und die Wärmeabstrahlung des Vulkans, die ebenfalls von Satelliten stammen.

„Unser Projekt ist das erste, das versucht, solche Satellitendaten direkt in ein mobiles System zur Überwachung von Vulkanen einzubinden“, sagt Hort. „Daneben nutzen wir natürlich auch weiterhin die etablierten Verfahren, wie seismische Messungen oder die Analyse der am Boden austretenden Gase.“ Alle lokalen Messstationen am Vulkan sind drahtlos miteinander verbunden. Ihre Daten laufen in einem Zentralrechner zusammen, der auch die Informationen der Satelliten auswertet und mit Hilfe spezieller Algorithmen schließlich eine Warnstufe errechnet, die über die Aktivität und Gefährlichkeit des Vulkans Auskunft gibt. Die lokalen Behörden können auf diese Warnstufe, sowie aktuelle Übersichtskarten und weitere Informationen über ein Geoinformationssystem zugreifen. Es soll als Expertensystem die Verantwortlichen beraten und Entscheidungsfindung erleichtern. Eine erste Testversion wird voraussichtlich im Frühjahr 2009 am Vulkan Fogo auf der Azoren-Insel Sao Miguel installiert werden.

Neben diesen Projekten der GEOTECHNOLOGIEN werden auf der Tagung in Freiberg viele weitere interessante Themen vertreten sein. So berichten Geophysiker darüber, wie sie mit Hilfe von Elektroden im Boden römische Wasserleitungen aufspüren, wie Einschläge von Meteoriten die Erdoberfläche verändern, unter welchen Bedingungen Mars-Sonden Eis auf dem roten Planeten aufspüren können oder wie die komplexen elektrischen Eigenschaften von Bäumen zustande kommen. Neben der Erkundung des oberflächennahen Erdreichs sind die Modellierung von geophysikalischen Systemen und die Geoinformatik Schwerpunkte der Tagung. „Tagesgäste können sich auch noch direkt auf der Konferenz registrieren lassen“, sagt Thomas Bohlen von der TU Bergakademie Freiberg. „Wir freuen uns über jeden Interessierten.“

WR, iserundschmidt 02/2008


Weitere Informationen zur 68. DGG-Jahrestagung finden Sie hier.

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