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Mehr als verschüttete Täler: Dienen Tunneltäler als bevorzugte Fließwege für frisches Grundwasser in der Nordsee?

Die stetig wachsende Bevölkerung führt zu einem steigenden Bedarf an Frischwasser und die Entnahme von Grundwasser ist eine der wichtigsten Quellen diesen Bedarf zu decken. Engpässe in der Frischwasserversorgung haben die Suche Nachweis von frischem Grundwasser unter dem heutigen Meeresboden angetrieben. Die Rolle glazialer Strukturen, welche während der Vergletscherungen entstanden sind, ist jedoch im Hinblick auf das Vorkommen frischen Grundwassers noch wenig bekannt. Insbesondere sogenannte Tunneltäler (TT), welche sich unter den Eisschilden bildeten, könnten von besonderer Relevanz sein. Ihre Ausmaße (bis zu 5 km breit, 400 m tief, 100te km lang) spiegeln die gewaltigen Schmelzwassermengen wider, die den Untergrund unter den Eisschilden durchspülten. Ihre Entstehung und Füllung resultierte in stark durchlässigen Sanden und Kiesen im unteren Teil und feinkörnigen Ablagerungen im oberen Teil dieser Strukturen. Diese Konfiguration begünstigt eine Rolle als bevorzugte Fließwege für offshore Grundwasser. Zur Untersuchung des Potenzials von TT als bevorzugte Fließwege für offshore frisches Grundwasser (OFG), verfolgt dieses Projekt folgende Ziele: (O1) Durch die Kombination von elektromagnetischen und seismischen Daten wollen wir ein strukturgebundenes Widerstandsmodell für mehrere TT erstellen; (O2) Wir wollen die Salzgehaltswerte für verschiedene Architekturen und Tiefen von TT abschätzen; (O3) Aufbauend auf den ersten beiden Zielen wollen wir die Ergebnisse für das gesamte Arbeitsgebiet in ein detailliertes lithologisches 3D-Modell extrapolieren. Die sich daraus ergebende Salzgehaltsverteilung im Untergrund wird dazu beitragen, die Ober- und Untergrenzen des Volumens frischen Grundwassers abzugrenzen und die Grundlage für ein detailliertes Grundwassermodell schaffen. Folgende Schritte sind dazu nötig: (S1) Kartierung und Charakterisierung der räumlichen Heterogenität von TT anhand vorhandener seismischer Daten; (S2) Erstellung eines lithologischen Modells für den Untergrund zwischen Amrum und Helgoland von 0 bis 400 m Tiefe; (S3) Identifizierung vielversprechender Standorte und Durchführung von CSEM-Messungen (Controlled Source Electromagnetic) zur Untersuchung der Verteilung des elektrischen Widerstands im Untergrund (TT); (S4) Kombination von Widerstandsmessungen mit Mehrkanal-Seismikdaten (MCS) zur Ableitung des Salzgehalts der Porenflüssigkeit; (S5) Extrapolation der Ergebnisse für das gesamte lithologische Modell. Tunneltäler existieren in ehemals vergletscherten Regionen weltweit. Gelingt uns der Nachweis von OFG in Tunneltälern, hätte dies erhebliche Implikationen für bisher unbekannte Süßwasserverteilungen und hydrologische Systeme. Die uns zur Verfügung stehenden Daten bieten eine einzigartige Möglichkeit zur Integration von CSEM- und seismischen Messungen bei begrenztem Aufwand. Die Ergebnisse des Projekts werden einen neuen Blick auf offshore Gletscherlandschaften und ihre Rolle im pleistozänen Wasserkreislauf erlauben.

Bestimmung der hydraulischen Durchlaessigkeit quartaerer Sedimente mit geophysikalischen Verfahren

Bindige Deckschichten mit geringer hydraulischer Durchlaessigkeit gewaehrleisten den Schutz oberflaechennaher Grundwasserleiter vor Kontaminationen. Das Hauptkriterium fuer diese Schutzwirkung ist der Tongehalt, der einen entscheidenden Einfluss auf die hydraulische Leitfaehigkeit hat. Es sollen Verfahren entwickelt werden, die eine schnelle Kartierung des Tongehaltes mit geophysikalischen Verfahren ermoeglichen. Als Verfahren kommen dabei geoelektrische und elektromagnetische Methoden in Betracht. Bestehende Theorien ueber den Einfluss des Tongehaltes auf die elektrische Leitfaehigkeit werden in Bezug auf ihre Verwendbarkeit in der Praxis umgearbeitet. Feldarbeiten hierzu werden an ausgewaehlten Lokationen in Schleswig-Holstein und Ungarn durchgefuehrt.

Forschergruppe (FOR) 1598: From Catchments as Organised Systems to Models based on Dynamic Functional Units (CAOS), Non-invasive geophysical and remote sensing methods to map and characterize relevant structures and processes

This project is a continuation of project F funded in the first phase of the DFG Research Group CAOS, where we evaluated the potential of different ground-based geophysical techniques for exploring hydrological systems regarding subsurface structures, characteristics, and processes. Building up on the results of this project, we now focus on further developing selected geophysical techniques (timelapse GPR imaging) for deepening our understanding of hydrological processes at the plot and hillslope scale. In addition, we propose to systematically evaluate modem remote sensing techniques because they cun-ently represent the only means to efficiently explore larger areas or entire catchments. Here, we focus on a combination of full-waveform laserscanning and hyperspectral imaging because they can provide detailed Information regarding geometrical and physical properties of earth's surface, respectively. To link remote sensing with point/plot/hillslope scale data as provided by geophysics and conventional hydrological field techniques, we believe that further methodological innovations are needed. For example, we plan to establish a unique field laboratory to better understand the responses of geophysical and remote sensing techniques to different natural and artificial hydrological events and to develop exploration strategies advancing the applicability of geophysics and remote sensing for hydrological applications at a variety of spatial scales.

Geophysikalische Untersuchungen von Beckenstrukturen und Sedimentinventar in der Inneren Mongolei, NW China

Dieses Projekt ist ein Teil des DFG-Bündelprojektes 'Rekonstruktiondes spätpleistozänen und holozänen Environments in der westlichen Inneren Mongolei, NW-China'. Zur Klärung der tektonischen, sedimentologischen und hydrogeologischen Entwicklung eines Sedimentbeckens in der Badain Jaran Shamao werden in einem multimethodischen Ansatz elektrisch-elektromagnetische Messungen durchgeführt (Spektrale Induzierte Polarisation, Magnetotellurik, Transiente Elektromagnetik, Bodenradar, Geoelektrik). Aufbauend auf langjährigen Erfahrungen in Wüstengebieten sind optimierte multimethodische Messstrategien und Methoden zur gemeinsamen Inversion der verschiedenen Meßdaten weiter zu entwickeln. Das Vorhaben ist Teil eines interdisziplinären Bündelantrages (Paläoklimatologie, Hydrogeologie, Strukturgeologie, Fernerkundung, Bodenkunde). Hauptforschungsziel des Gesamtantrages ist die Klärung der Frage, ob in Nordafrika nachgewiesene spätquartäre abrupte Klimawechsel in den zentralasiatischen Wüsten einen kontemporären Verlauf zeigen. Ziel: Das Ziel des Projektes ergibt sich aus der Frage, ob in Nordafrika nachgewiesene, spätquartäre, abrupte Klimawechsel in den zentralasiatischen Wüsten einen kontemporären Verlauf zeigen. Seitdem die afrikanische Platte etwa die heutige geographische Position erreicht hat und das tibetische Plateau eine bedeutende Höhenlage entwickelte, besteht ein von letzterem ausgehender, hochtroposphärische Strahlstrom, welcher zu einem Delta über Nordafrika führt mit der Folge der weitgehenden Unterdrückung der für die übrigen Wüstengebiete charakteristischen Sommerniederschläge. Es ist daher von besonderem Interesse zu wissen, ob die am Nordrand des tibetischen Plateaus gelegenen Wüstengebiete eine korrelate Änderung des Environments erfuhren, da die Albedo über dem tibetischen Plateau und seinen Randgebieten Rückwirkungen auf die Zirkulation über den altweltlichen Wüstengürteln zur Folge haben müsste. Deren Steuerung durch Vergletscherung, Vegetationsbedeckung und topographische Position müsste sich in den fluvialen Akkumulationsräumen in den ariden Gebieten nördlich Tibets abzeichnen. Sie bieten besonders günstige Voraussetzungen, da sie wahrscheinlich seit dem Beginn des Quartärs geschlossene und langfristig endorheische Becken darstellen, in denen zeitweise ausgedehnte Endseen entstanden. Die Sedimentmächtigkeit überschreitet nach Vorstudien 230m. Es handelt sich um feinklastische Sedimente, die zum Teil rhythmisch geschichtete sind und einen Zeitraum von 800.000 Jahren überspannen. Es ist eine Feinauflösung sowohl der potamologischen, äolischen wie limnologischen Sedimentführung auf die klimatisch gesteuerten Einträge zu erwarten. Insofern erweisen sich die Sedimentationsräume als Archive für die klimatisch und gegebenenfalls tektonisch gesteuerte Variabilität und Entwicklung innerhalb des tibetischen Orogens und seines nördlichen Vorlandes. (...)

Integrated observations from NEAR shore sourcES of Tsunamis: towards an early warning system (NEAREST)

The NEARESTproject (Integrated observations from NEAR shore sourcES of Tsunamis:  towards an early warning system) aimed at the identification and characterization of potential near-shore sources of tsunamis in the Gulf of Cadiz. This area is well known from the catastrophic earthquake and tsunami that destroyed Lisbon and several other places mainly along the EastAtlantic coast on November 1st, 1755. One of the project's work packages dealed with monitoring of recent seismic activity in the Gulf of Cadiz area. For this purpose 24 broadband ocean-bottom seismometers (OBS) from the German DEPAS instrument pool were deployed for 11 months in addition to the GEOSTAR multi-parameter deep-sea observatory and two temporary land stations in Portugal. The GEOSTAR observatory and the 24 OBS were deployed and recovered during two expeditions with RV Urania in 2007 and 2008. The OBSs consist of  three‐component Guralp CMG‐40T‐OBS seismometers and HighTech HTI‐04‐PCA/ULF hydrophones. A wide range of signals was recorded, ncluding teleseismic, regional and local earthquakes, and low‐frequency (∼20 Hz) vocalization of fin whales.  The GEOSTAR  observatory was again deployed between 2009 and 2011. The Portuguese temporary land station PDRG was additionally recording during the NEAREST project. Originally, the position of recovery on deck was taken to calculate the mean coordinate of the OBS at depth from deployment and recovery coordinates. In most cases the difference in coordinates between deployment and recovery is very small (table 3 and 4 in Carrara et al., 2008). For two stations, the location at the seafloor could be measured by triangulation (Carrara et al., 2008). Due to experience of other experiments over the years, we finally suggest to use the deployment coordinates as the station coordinates for all stations that could not be tri-angulated. The clocks were synchronized with GPS time before the deployment and if possible again after the recovery. Unfortunately, most of the batteries were empty at the end of the recording period. That either made it impossible to realize the second synchronisation (skew time measurement) or in some case also caused erroneous synchronisations. Therefore, the internal clock drift was estimated by ambient noise analysis (Corela, 2014). The internal clock drifts were corrected using a linear interpolation method. Generally, the data quality is very good, especially for the intended study of local and regional earthquakes. Studies relying on wideband seismological recordings can also be carried out. The sensor package and noise conditions hamper the use for broadband and very broadband applications. Unfortunately, also not all channels operated properly, therefore hampering the use of multi-component methods for the relevant stations. We thank the captain E. Gentile, crew, G. Carrara, and all participants of the R/V URANIA expeditions in 2007 and 2008. We are grateful to all people and institutions involved in the NEAREST project. Waveform data is available from the GEOFON data centre, under network code 9H.

World Stress Map Database Release 2025

The World Stress Map (WSM) is a global compilation of information on the crustal present-day stress field. It is a collaborative project between academia and industry that aims to characterize the stress pattern and to understand the stress sources. It commenced in 1986 as a project of the International Lithosphere Program under the leadership of Mary-Lou Zoback. From 1995-2008 it was a project of the Heidelberg Academy of Sciences and Humanities headed first by Karl Fuchs and then by Friedemann Wenzel. Since 2009 the WSM is maintained at the GFZ Helmholtz Centre for Geosciences. The WSM database release 2025 contains 100,842 data records within the Earth’s crust. The data are provided in two formats: Excel-file (wsm2025.xlsx) and comma separated fields (wsm2025.csv). Data records with reliable A-C quality are displayed in the World Stress Map (doi:10.5880/WSM.2025.002). Further detailed information on the WSM quality ranking scheme 2025, guidelines for the analysis of borehole logging data, and software for stress map generation and the stress pattern analysis is available at www.world-stress-map.org. The database structure and content is explained in the WSM Technical Report TR 25-01 (https://doi.org/10.48440/wsm.2025.001).

Seismological experiment at Strokkur from 2020

Seismological experiment at Strokkur from 2020" is a seismological experiment realized at the most active geyser on Iceland by Eva Eibl (University of Potsdam) in collaboration with Gylfi P. Hersir formerly at ISOR Iceland. The geyser is part of the Haukadalur geothermal area in south Iceland, which contains numerous geothermal anomalies, hot springs, and basins (Walter et al., 2018). Strokkur is a pool geyser and has a silica sinter edifice with a water basin on top, which is about 12m in diameter with a central tube of more than 20m depth. The aim of the seismic experiment is to monitor eruptions of Strokkur geyser from March 2020 using three broadband seismic stations (Nanometrics Trillium Compact 120s). Sensors were buried at distances of 38.8m (GE4, SE), 47.3m (GE3, SW), and 42.5m (GE2, N) from Strokkur center. Within this time period about 1 month of data is missing due to power outages. At any other times at least one station recorded the eruptions. From this dataset, converted to MSEED using Pyrocko, currently a catalogue of 506,131 water fountains was determined and further investigated in Eibl et al. (2025). In addition, Eibl et al. (2025) assessed the effect of the weather on the system including the bubble trap suspected at around 24 m depth by Eibl et al. (2021). Waveform data are available from the GEOFON data centre, under network code 2Z.

Darss Sill shallow water OBS Test

For broadband ocean bottom seismometer (OBS) data, external noise is typically more pronounced than on seismometers installed onshore. However, the sources of this external noise are only partly understood. In particular, the impact the instrument design (form-factor of the floatation, pressure vessel, hight-to-width ratio) has on the amplitude of external noise is not fully understood. As a developer of OBS systems, K.U.M. Kiel GmbH has deployed two different types of OBS systems side-by-side for a period of 77 days. Both instruments included the same seismic sensor, a Nanometrics Trillium Compact 120 OBS. Station LOBS was a K.U.M. LOBSTER-type instrument carrier (https://jlsrf.org/index.php/lsf/article/view/165) which is the main instrument type in the DEPAS pool “German instrument pool for amphibian seismology”(https://www.awi.de/en/science/geosciences/geophysics/methods-and-tools/ocean-bottom-seismometer/depas.html). Station NEUA was a more recently developed system of the K.U.M. NAMMU-Type instrument, that has a completely different design (https://www.kum-kiel.de/products/nammu.html), with a single flotation, a single pressure tube containing the seismometer, datalogger and batteries. The side-by-side deployment of the different instruments allows a direct comparison and the availability of the oceanographic and meteorological data from the nearby metocean station DARSS-SILL (https://www.io-warnemuende.de/marnet-darss-sill.html) allows a detailed investigations of the instrument-design-related noise sources at OBS stations. Waveform data is available from the GEOFON data centre, under network code 1Q.

ALOIS: DEPAS ocean-bottom seismometer operations at the western Gakkel Ridge / Lena Trough in 2022-2023

This ocean-bottom seismometer deployment is part of an interdisciplinary project examining the Aurora hydrothermal vent field in an attempt to understand its fluid circulation. A total of 8 ocean bottom seismometers modified for the operation in sea ice covered oceans was deployed around Aurora vent field at the intersection of Gakkel Ridge and Lena Trough in the Fram Strait. The aim of the experiment was to monitor seismicity related to the hydrothermal circulation system and to reveal potentially heat reservoirs devoid of seismicity. The network consisted of 8 DEPAS Lobster type broadband OBS. Instruments were free-fall deployed and spaced by about 5-8 km. Their position at the seafloor is known to within few meters from ultrashort baseline positioning system Posidonia. The OBS recorded continuously at 100 Hz for up to 12 months between end of July 2022 and mid July 2023. One instrument (AUR02) had an unreliable seismometer records due to levelling problems. Skew values were obtained for all stations and ranged between -18 s and 12.3 s. Clock drift in this experiment was partially nonlinear. After the skew correction, a nonlinear time drift for stations AUR02, AUR04, AUR06, AUR08 was determined using noise cross-correlation. A best-fit correction was obtained by using skew-corrected station AUR01 as reference station for stations AUR04 and AUR08, while skew-corrected station AUR03 served as reference for stations AUR02 and AUR06. Station specific phase residuals obtained from a manually picked catalog of 492 events were used to further validate the clock drift corrections. For AUR04 a nonlinear phase residual drift was observed and, subsequently, the applied drift polynomial was manually adjusted to minimize resulting residuals. Waveform data are available from the GEOFON data centre under network code 4V.

Deep OCean Test ARray DOCTAR (OBS part)

This is the first deployment of a teleseismic broadband array consisting of 12 three-component stations with an aperture of about 50 km in the deep ocean in about 5000 m water depth. The data can be compared with two other deployments on Madeira and in western Portugal mainland which had similar array layouts and recording time spans (network Y7). The broadband data enable furthermore analysis of the crust and upper mantle beneath the array near to the Gloria fault, a major transform fault in the North Atlantic. Recordings of numerous local and regional earthquakes make a precise location of active structures possible. Waveform data is available from the GEOFON data centre, under network code 3J.

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