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Untergrundbewegungen auf der Spur

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 21.12.2011 20:36

Eine genaue Kenntnis, wo Trinkwasserreservoire von Verschmutzung oder eindringendem Salzwasser gefährdet sind, ist eine weltweite Herausforderung. Daten hierzu erhält man am besten aus der Luft. Wirklichkeitsnahe 3D-Modelle sollen nun helfen, die gesammelten Informationen auch verständlich darzustellen.

Wie ist der Boden in den ersten hundert Metern unter der Oberfläche beschaffen? Diese Frage spielt in ganz unterschiedlichen Disziplinen eine entscheidende Rolle, etwa in der Städte- und Verkehrswegeplanung, bei Boden- und Wassernutzungskonzepten, im Bergbau oder bei der Erkundung und Überwachung von Deponien. 

Bislang liegen solche Untergrund-Kartierungen aber bestenfalls lokal bis regional vor – meist dort, wo gesetzliche Bestimmungen Untersuchungen ohnehin vorschreiben oder geowissenschaftliche Studien einem begrenzten Gebiet besondere Aufmerksamkeit schenken. Flächendeckende Verknüpfungen der Daten, mit denen sich zum Bespiel ein Zusammenhang zwischen Bodennutzung und Wasserhaushalt einer größeren Region herstellen ließen, gibt es bislang nur vereinzelt.

Helikopter-Sonde

Sonde unter einem BGR-Helikopter. Besonders im norddeutschen Küstenraum wurden bereits zahlreiche Vermessungen mit dieser Technik durchgeführt (Bild: BGR Hannover).


Ein Grund: Geophysikalische Messungen auf Bodenniveau sind langwierig und die Veränderungen unter Tage zu rasch, als dass sich die großen weißen Flecken auf den Untergrundkarten mit dieser Messmethode beseitigen ließen. Also gehen die Forscher in die Luft. Im mit Sonden bestückten Hubschrauber oder mittels unbemannter Drohnen lassen sich ausgedehnte Gebiete schnell und in hoher Genauigkeit bis in Tiefen von 150 Metern abscannen. Gerade im norddeutschen Küstenraum wurden bereits zahlreiche hoch aufgelöste aerogeophysikalische Vermessungen auf diese Weise durchgeführt, die beispielsweise Daten zur Dichte, Leitfähigkeit und Austauschprozessen von Salzen, Mineralien oder Schadstoffen im Erdboden liefern.

Im nächsten Schritt gilt es dann, die Fülle an Informationen, die während einer Messkampagne aufgezeichnet werden, in anschauliche, geologische Modelle zu überführen. Diese Arbeit hat sich das GEOTECHNOLOGIEN-Projekt AIDA („From Airborne Data Inversion to In-Depth Analysis“) zur Aufgabe gemacht. „Das Ziel des Verbunds der Universitäten in Dresden, Freiberg, Hannover, Kiel, Köln und der BGR in Hannover ist es, 3D-Modelle zu erstellen, die allen Anforderungen von verschiedenen Anwendertypen Rechnung tragen, seien es Strukturgeologen, Hydrogeologen oder Ingenieure“, erklärt Professor Hans-Jürgen Götze, Projektleiter von AIDA.

Ziel von AIDA ist es, 3D-Modelle zu erstellen, die allen Anforderungen von verschiedenen Anwendertypen Rechnung tragen (Bild: TUBA Freiberg).Im Bereich der Geologie sollen im Rahmen von AIDA so 3D-Computermodelle entwickelt werden, die genaue Auskunft über Porosität, Ablagerungsgeschichte oder elektrischen Widerstand von Gesteinsformationen geben können. „Profilschnitte in hoher Genauigkeit gibt es hierzu heute schon“, sagt Götze, „was aber wirklich neu ist, ist eine äußerst realistische 3D-Darstellung dieser Charakteristika, wie wir sie in unserem Projekt anstreben.“

Vorrangig konzentriert sich AIDA dabei auf die Süß- und Salzwasserverteilung im Untergrund. Dies gelingt durch Erfassung der elektrischen Leitfähigkeit der untersuchten Böden. „Wasser ist ein sehr interessantes Forschungsfeld, da es nie still steht und sich auch durch die kleinsten Ritzen und Poren bewegen kann“, erklärt Hans-Jürgen Götze. Deshalb müsse gerade für die Abbildung von Wasservorkommen ein sehr genaues Modell des vernetzten Porenraums vorliegen, da seine Zusammensetzung und Porosität entscheidend dafür seien, ob und wie gut Wasser ihn durchdringen könne, erläutert der Professor der Universität Kiel.

Unbemanntes Flugobjekt. Mit Drohnen lassen sich ausgedehnte Gebiete schnell und in hoher Genauigkeit abscannen (Bild: Uni Köln).Einen unmittelbaren Nutzen haben diese Analysen etwa bei der Bestimmung von Wasserverunreinigungen und einer möglichen Kontamination von Trinkwasserreservoirs durch einen Eintritt von Salzwasser. „Das ist zum Beispiel auf den ostfriesischen Inseln ein großes Problem“, erzählt Götze, „dort wird durch den ausgeprägten Tourismus besonders viel Süßwasser benötigt, wodurch immer wieder Salzwasser in die Reservoire nachzudrücken droht.“

Auch nach großen Sturmfluten, wenn Überschwemmungen das Land mit Salzwasser überziehen, sind Trinkwasserreservoire in Gefahr. Schon nach dem schweren Erdbeben im Indischen Ozean Weihnachten 2004 untersuchten Wissenschaftler der BGR Hannover die zerstörten Küstengebiete Indonesiens aus der Luft nach intakt gebliebenen Süßwasservorkommen ab. „Ein dramatisches Beispiel, das zeigt, wie wichtig es sein kann, dass wir uns ein exaktes Bild von unserem Untergrund machen“, betont Hans-Jürgen Götze.

RD, iserundschmidt 12/2011


Weitere Informationen zu AIDA finden Sie auf der Projekt-Homepage, Näheres zum Forschungsschwerpunkt „Tomografie der Erdkruste - Von der Durchschallung zum Echtzeitmonitoring“ auf den Seiten der GEOTECHNOLOGIEN.