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Found 229 results.

Gipskarstgebiete des Suedharzes, speziell Naturschutzgebiete Hainholz und Beierstein

Die Erforschung der Suedharzer Gipshoehlen und Gipskarste ist ein Langzeitprojekt, das von interessierten Wissenschaftlern, Studenten und Privatpersonen betrieben wird. Die Zielsetzung ist einerseits rein wissenschaftlich: Erforschung der Hoehlenbildung, der Verkarstungsvorgaenge, der regionalen Hydrologie, der holozaenen Landschaftsgeschichte. Gleichzeitig wird fuer den Schutz und die Erhaltung der Hoehlen und der charakteristischen Gipskarstlandschaft gearbeitet. Dazu wurde ein Kataster aller Hoehlen des Harzes in Zusammenarbeit mit dem Landkreis Osterode erstellt. Schwerpunkt sind Arbeiten im Naturschutzgebiet Hainholz-Beierstein, das durch eine Klage der Rigips Werke zum Gipsabbau freigegeben werden soll. Hierzu werden wissenschaftliche Arbeiten (Hydrochemie, Bohrungen, Vermessungen) durchgefuehrt, die zu gerichtsverwertbaren Tatsachen im Vergleich mit anderen Gipskarstgebieten fuehren.

Globale Abschätzung von Wassermangel in Karstregionen in Zeiten des globalen Wandels

Karst entsteht sich durch die Verwitterung von Karbonatgestein und erzeugt starke oberflächliche und unterirdische Heterogenität von hydrologischen Speicher und Fließprozessen. Ungefähr 7% bis 12% der Erdoberfläche besteht aus Karstgebieten und etwa ein Viertel der Weltbevölkerung ist ganz oder teilweise abhängig von Trinkwasser aus Karstgrundwasserleitern. Für die nächsten Jahrzehnte, Klimamodelle prognostizieren einen starken Temperaturanstieg und eine Abnahme von Niederschlagsmengen in vielen Karstregionen der Welt. Trotz dieser Vorhersagen gibt es nur wenige Studien, die die Auswirkungen des Klimawandels auf die Karstwasserressourcen abschätzen. Die ist hautsächlich auf das Fehlen von Messdaten und die inadäquate Abbildung von Karstprozessen in derzeit angewandten Ansätzen zur großskaligen Modellierung zurückzuführen. Das Ziel der beantragten Nachwuchsgruppe ist, die notwendigen Daten und Ansätze zur erstmaligen Abschätzung der gegenwärtigen und zukünftigem Verfügbarkeit von Wasserressourcen in Karstgebieten zur Verfügung zu stellen. Um dieser Herausforderung gerecht zu werden, sind signifikante Fortschritte (1) zum Verständnis der Heterogenität von Karstregionen und zu deren Einarbeitung in hydrologische Modelle, (2) zum Upscaling von Beobachtungen auf der Einzugsgebietsskale für Anwendungen von Simulationsmodellen im globalen Maßstab, und (3) zum Vergleich der gegenwärtigen und zukünftigen Verfügbarkeit von Wasserressourcen mit gegenwärtigen und zukünftigen Wasserbedarf von Nöten. Im vorgeschlagenen Projekt sollen neuartige Ansätze zur Messung und Analyse hydrologischer Daten an fünf experimentellen Messgebieten, die in 5 verschiedenen Klimaregionen über den Globus verteilt sind (AU, D, ES, MX, UK), eingesetzt werden, um die Einflüsse der Heterogenität von Karstgebieten auf oberflächennahe Fließprozesse zu erkunden. Mittels einer neu entwickelten Karstdatenbank, welche beobachtete Zeitreihen von Karstquellenabflüssen enthält, und Rezessionsanalyse sollen die Heterogenität von Grundwasser und Abflussprozesse in verschiedenen Regionen der Welt charakterisiert werden. Dieselbe Datenbank, erweitert durch zusätzlich Abflussdaten auf Flussgebietsskale des Global Runoff Data Center (GRDC), soll zur Entwicklung eines neuen Ansatzes zur Einbindung der neu gewonnenen Erkenntnisse in ein großskaliges Simulationsmodell speziell für Karstregionen angewandt werden. Dieses Modell soll letztendlich dazu benutzt werden, um (1) gegenwärtige und, gekoppelt mit Klimaszenarien, zukünftige Verfügbarkeit von Wasserressourcen in Karstgebieten zu erkunden, um diese (2) mit gegenwärtigen und zukünftigen Wasserbedarf zu vergleichen und von Wassermangel bedrohte Regionen zu identifizieren.

Untersuchungen des Grundwasserhaushaltes und -stroemungsfelds im Rahmen umweltrelevanter Fallstudien

Zur Loesung von Problemen der Wassererschliessung, des Trinkwasserschutzes, der Abfallagerung und -beseitigung sowie der Ingenieurgeologie werden Tracermethoden und spezielle hydrogeologische Methoden in Poren-, Karst- und Kluftwasserleitern eingesetzt.

Digitale Geologische Karte von Nordrhein-Westfalen im Massstab 1:100000

Das analog vorliegende Kartenwerk der Geologischen Karte von Nordrhein-Westfalen im Massstab 1:100000 (GK100) wird digital verfuegbar gemacht. Die GK100 zeigt auf 20 Vollblaettern, die zT angrenzende Bundeslaender und auch europaeische Nachbarlaender anschneiden, die Verbreitung der an der Erdoberflaeche anstehenden Gesteine. Sie informiert ueber das Alter, die Beschaffenheit und die Lagerung des Untergrundes. Die digitale GK100 umfasst eine Fachdatentabelle und eine Vektorkarte. Die Fachinhalte und die Flaechenobjekte der Vektorkarte sind ueber die Kuerzel der geologischen Einheiten miteinander zu einem Fachinformationssystem verknuepft. Die Fachdatentabelle gibt ueber die Eigenschaften von mehr als 500 verschiedenen geologischen Einheiten des Landesgebietes Auskunft, zB ueber das Alter, die Gesteinsbeschaffenheit, die Entstehung, den geologischen Ablagerungsraum oder die hydrogeologischen sowie geotechnischen Besonderheiten. Die Vektorkarte besteht aus drei Informationsebenen: einem Flaechen-, einem Linien- und einem Punktaufleger. Der Flaechenaufleger speichert die Polygone, die die Flaechen der Kartiereinheiten begrenzen. Der Linienaufleger haelt die linienhaften geologischen Informationen des Kartenblatts vor, wie zB tektonische Stoerungen, Verbreitungsgrenzen von Kartiereinheiten im tieferen Untergrund, Schnittlinien etc. Punktinformationen, wie Aufschluesse, Bundeslaender Fundstellen uae, werden in einem Punktaufleger festgehalten. Die graphischen Informationsebenen werden in einer blattschnittfreien digitalen Kartengraphik verwaltet. Das Fachinformationssystem der GK100 bietet durch die Verknuepfung von Fach- und Graphikdaten die Moeglichkeit von thematischen Auswertekarten. Bisher wurden die Auswertungen 'Petrographie', 'Geologische Uebersicht', 'Genese' und 'Karst' erarbeitet. Die digitale GK100 und deren thematischen Auswertekarten koennen blattschnittfrei als Plot oder als Datensatz bereitgestellt werden. Die Graphikdaten koennen in verschiedenen ASCII-Formaten und den Formaten der martkueblichen Graphiksysteme, wie zB ArcView, ArcInfo, ALK-GIAP und PIA, bereitgestellt werden. In das geologische Informationssystem der GK100 werden neben den flaechenhaften zukuenftig auch die in den geologischen Schnitten der GK100 enthaltenen vertikalen Informationen eingebunden.

Vergl. karsthydrologische Untersuch. in Gebieten m. unterschiedl. geologisch. Aufbau u. unterschiedl. Entwickl. der Landschaft (Vergleich des Muschelkalk-Karstes d. suedwestdeutschen Gaue untereinander und mit d. Weissjura-Karst d. Schwaeb. Alb)

Vergleichende karsthydrologische Untersuchungen in Gebieten mit unterschiedlichem geologischem Aufbau und unterschiedlicher Entwicklung der Landschaft (Nahziel: Vergleich des Muschelkalk-Karstes der suedwestdeutschen Gaue untereinander und mit dem Weissjura-Karst der Schwaebischen Alb) (Thema ungekuerzt).

Effektive und Realitätstreue hydrologische Simulation von Karstsystemen und Inferenz

Karstaquifere, die etwa 25 % der Weltbevölkerung mit Wasser versorgen, sind wichtige natürliche Wasserressourcen. Die realistische und prozessbasierte hydrologische Modellierung der Abflussmenge von Karstquellen stellt jedoch aufgrund der Komplexität des Systems und der begrenzten Datenverfügbarkeit nach wie vor eine Herausforderung dar. Daher werden in der Praxis häufig vereinfachte Lumped Parameter Modelle (LMs) angewendet, die das System in einer räumlich aggregierten Weise mit vereinfachten Prozessdarstellungen abbilden. Die Parameter dieser LMs sind jedoch möglicherweise nicht direkt physikalisch interpretierbar oder messbar, und Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Karstsystems anhand von LMs sind oft eingeschränkt- unter anderem durch Parameterunsicherheiten und einen unbekannten Grad an Modellrealismus. Aufgrund der globalen Bedeutung von LMs für die hydrologische Modellierung von Karstsystemen ist es erforderlich, diese Probleme anzugehen und zu lösen, um in Zukunft effizientere und realistischere hydrologische Modellierungen von Karstsystemen zu ermöglichen. Unsere Hypothese ist, dass es durch Methoden der Unsicherheitsquantifizierung, Sensitivitätsanalyse und Modellevaluation möglich ist, das realistischste LM für ein bestimmtes Karstsystem zu identifizieren, um Systemeigenschaften aufzudecken und genaue Simulationen zu ermöglichen. Wir konzentrieren uns darauf, Zusammenhänge zwischen den LM-Parametern und den physikalischen Systemeigenschaften für eine große Anzahl synthetischer Karstsysteme herzustellen. Diese werden mithilfe kürzlich entwickelter stochastischer Karstnetzwerk-Generatoren in Kombination mit einem hochmodernen, räumlich verteilten prozessbasierten distributiven numerischen Modell (PBM) erzeugt. Wir simulieren entsprechende synthetische Quellabflusszeitreihen, die als bekannte Referenzdaten dienen. Letztlich ermöglicht dies die Entdeckung von Mustern in Modellrealismus, Prozessdarstellungen und Parameterbeziehungen für eine große Anzahl von Karstsystemen auf eine bisher beispiellose und verallgemeinerte Weise.

Gravimetrie in der Alpinen Hydrologie

Wissenschaftlicher Kontext: Das Schneewasseräquivalent ist eine wesentliche Klimavariable und hat entscheidende Bedeutung für den Wasserkreislauf und das Wohlergehen von Milliarden Menschen weltweit. Die mengenmäßige und raumzeitliche Abschätzung des Schnees gilt derzeit als eine der wichtigsten Herausforderungen der alpinen Hydrologie. Zudem ist es sehr schwierig, andere Komponenten alpiner Wasserspeicher, z.B. Karstspeicher, und die Beziehungen zwischen Niederschlag, Evapotranspiration, Speicher, interner Flüsse und Abfluss zu erfassen. Innovation: Das Zugspitze Geodynamic Observatory Germany (ZUGOG) mit seiner weltweit einmaligen Installation eines Supraleitgravimeters auf der Zugspitze über einem gut instrumentierten, hochalpinen, schneereichen Einzugsgebiet, wird als neuartiges hydrologisches Sensorsystem zur direkten, integralen und nicht invasiven Beobachtung des Schwereeffekts von Wasserspeichervariationen eingesetzt. Aufgrund der geologischen Situation, ist dieses Einzugsgebiet ein natürliches Lysimeter, das detaillierte Analysen der Massenbilanz ermöglicht. Ziel: Wir werden diese einzigartige instrumentelle Konstellation mit detaillierten physikalisch-basierten Schneedecken- sowie karst-hydrologischen Modellen kombinieren, um die raumzeitliche Dynamik der hydrologischen Prozesse zu beschreiben. Die übergeordnete Forschungsfrage ist, inwieweit dies zu einem verbesserten Verständnis und einer genaueren Quantifizierung der hydrologischen Prozesse und Speicher in alpinen Einzugsgebieten beitragen kann, dessen Erkenntnisse sich auch auf andere Regionen weltweit übertragen lassen. Ansatz: Wichtige Schritte sind: i) die Bereitstellung von schnee-hydro-meteorologischen Beobachtungen für Anfangs- und Randbedingungen zur Modellierung, Kalibrierung und Validierung; ii) die Verbesserung der gravimetrischen Modellierung und die Ausweitung gravimetrischer Beobachtungen innerhalb des Testgebiets; iii) die Entwicklung eines Schnee-Hydro-Gravimetrie-Modellsetups zur Beschreibung der raumzeitlichen hydrologischen Massenvariationen und der korrespondierenden gravimetrischen Signale, unter Einbeziehung der Abschätzung von Unsicherheiten zur Modellkonditionierung, und iv) einer Synthese zur Beurteilung inwieweit die gravimetrischen Signale einen Mehrwert für die alpinen Hydrologie darstellen. Primär beteiligte Wissenschaftler: Eine erfolgreiche Umsetzung dieses stark interdisziplinären Projekts beruht auf intensiver Zusammenarbeit. Diese Konstellation umfasst die Expertise zum alpinen hydrologischen Monitoring und zur Modellierung sowie Unsicherheitsabschätzung von Modellparametern der BOKU Wien, die Expertise der Technischen Universität Berlin und des GFZ Potsdam zur Ableitung gravimetrischer Signale, die auf kleine Änderungen in der Hydrosphäre reagieren, sowie das langjährige lokale hydro(geo)logische Wissen und die Betreuung des Sensornetzwerks durch die Universität Augsburg.

Flugstaubeintrag und seine Wirkung auf die Bodenbildung im waldfreien Karst der Nördlichen Kalkalpen

Die Untersuchungsgebiete liegen in den alpinen bis nivalen Höhenstufen der Nördlichen Kalkalpen. Dort existieren auf verkarsteten Kalken (CaCO3-Gehalte größer 96 Prozent) unterschiedliche Entwicklungsstufen der humusreichen Rendzina (A-C-bzw. O-C Profile) sowie verbraunte und braune Bodentypen (A-B-C-Profile). Alle Böden, besonders die braunen Varianten, weisen allochthone Glimmer, Silikate und Schwerminerale auf. So wird der Einfluß von Flugstäuben auf die Solumbildung evident. Aus diesem Sachverhalt resultieren als Forschungsschwerpunkte die rezente Flugstaubdynamik und die dadurch beeinflußte Bodengenese auf Kalkstein. Im Rahmen des geplanten Projekts ergeben sich folgende Kernfragen: 1. Wie sind die Flugstäube durch die beeinflußten Böden in den einzelnen Höhenstufen verbreitet? Welche Geofaktoren steuern die räumliche Verteilung? 2. Wieviel Flugstaub wird rezent (Größenordnung, (mm/a) eingetragen? Welche Hauptliefergebiete gibt es? Wie korrelieren Staubmenge und Solummächtigkeit? 3. Wie verändern die Stäube die Böden? Welchen Anteil haben autochthone Terrae fuscae, allochthone Braunerden und Mischformen? Welche Divergenzen und Konvergenzen der Bodenbildung gibt es in den einzelnen Untersuchungsgebieten? Gibt es Anhaltspunkte für mögliche Bildungszeiträume eine Alterseinstufung der Böden?

Pumpversuchsauswertung in Kluft- und Karstgrundwasserleitern

Als Fortsetzung des Arbeitsblattes Pumpversuche in Porengrundwasserleitern (Herausgeber Min. fuer Ernaehrung, Landwirtschaft und Umwelt Baden-Wuerttemberg) soll ein entsprechendes Arbeitsblatt fuer die o.g. Grundwasserleiter erarbeitet werden. Dazu wertet das Geologische Landesamt alle verfuegbaren Pumpversuche nach den verschiedensten Verfahren aus.

Vorhersage von Schüttungen alpiner Karstquellen im Hinblick auf den Klimawandel unter Verwendung neuer Deep Learning-Methoden

Karstgrundwasserleiter spielen im Alpenraum eine wichtige Rolle. Sie bedecken etwa 56% der Fläche, und ein erheblicher Teil der Bevölkerung ist ganz oder teilweise von Trinkwasser aus Karstquellen abhängig, die oft mit wertvollen Ökosystemen verbunden sind und zur Wasserkrafterzeugung beitragen. Die Alpen zählen nach Studien zu den am stärksten vom Klimawandel betroffenen Gebieten in Europa. Als Folge der steigenden Temperaturen werden sich die gespeicherten Mengen an Schnee und Eis stark verringern, was zu einer Verschiebung zwischen Wasserhaushaltskomponenten in Verbindung mit einer saisonalen Umverteilung der Niederschläge führt. Außerdem wird erwartet, dass Hoch- und Niedrigwasserereignisse häufiger auftreten werden. Der Stand der Technik bei der Modellierung der Schüttung von Karstquellen, meist mittels konventioneller numerischer Modelle, ist auf standortspezifische, oft aufwändige und nicht übertragbare wissenschaftliche Studien beschränkt, die manuelle Modellabstimmung und Kalibrierung erfordern. Bis heute gibt es keinen leicht übertragbaren Ansatz, der gleichzeitig auf viele Karstquelleinzugsgebiete anwendbar ist. In diesem Projekt werden wir einen modernen, Deep-Learning basierten Ansatz zur Modellierung der Schüttung von Karstquellen entwickeln, der sich besonders gut eignet, übertragbare Modelle, die Informationen von verschiedenen Standorten nutzen können, aufzubauen. Deep Learning ist ein Teilgebiet des maschinellen Lernens, basierend auf künstlichen neuronalen Netzen, das sich sowohl bei akademischen als auch bei industriellen Anwendungen als sehr erfolgreich erwiesen hat. Die vorgeschlagene Studienregion sind die Alpen, mit Karstgebieten in Österreich, der Schweiz, Deutschland, Frankreich, Italien und Slowenien, mit einem Schwerpunkt auf dem besonders vom Klimawandel betroffenen von der Alpenkonvention abgegrenzten Gebirgsgebiet. Als Grundlage der Studie dient das World Karst Spring Database (WoKaS). Es wird im Laufe des Projekts mit zusätzlichen Daten von Behörden und Wasserversorgern ergänzt, insbesondere in Regionen mit bislang schlechter Abdeckung. Die Arbeiten beinhalten die Erstellung eines umfassenden Datensatzes mit Einzugsgebietsattributen und meteorologischen Einflussgrößen für etwa 150 Quellen. Klassische Lumped-Parameter-Modelle werden als Benchmarks aufgesetzt und mit den neu entwickelten Deep-Learning basierten Modellergebnissen verglichen. Ziel ist es, die Eignung neuartiger Deep-Learning Modellansätze für die Abschätzung der Auswirkungen des Klimawandels für eine Vielzahl von kurz- und langfristigen Vorhersagen zu untersuchen. Eine vertiefende Fallstudie des Dachsteingebietes, dessen große Karstregion wesentlich zur Wasserversorgung und Wasserkrafterzeugung beiträgt, wird die vergleichende Untersuchung mit einem numerischen 3D-Modell erweitern. Schließlich werden die entwickelten Modelle dazu verwendet, um Auswirkungen des Klimawandels auf die alpinen Karstgrundwasserressourcen vorherzusagen.

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