Ziel dieser Studie ist die Erforschung der Grundwasserbewegung im New Jersey Shelf (NJS). Ende der 1970er Jahre wurde Grundwasser mit deutlich geringerem Salzgehalt als Meerwasser in zahlreichen Bohrungen entlang der U.S. Ostküste nachgewiesen - teilweise mehr als 100 km vom Festland entfernt. Besonders detaillierte Daten zur Porenwassersalinität wurden im Rahmen von IODP Leg 313 am NJS gewonnen: Sie zeigen abrupte vertikale Salinitätskontraste an allen drei Bohrlokationen. Verschiedene Autoren erklären die Entstehung von küstenfernem Süßwasser im NJS durch rezenten meerwärts gerichteten Grundwasserfluss oder führen sie auf ein erhöhtes hydraulisches Potential während der letzten Eiszeit zurück. Zur Klärung welcher dieser Prozesse zur Entstehung von küstenfernem Süßwasser geführt hat, soll im Rahmen dieser Studie, auf der Basis eines detaillierten 3D hydrogeologischen Modells, die Grundwasserströmung im NJS numerisch simuliert werden. Es werden folgende Arbeitshypothesen aufgestellt: 1. Küstenfernes Süßwasser im NJS entstand während der letzten Eiszeit. 2. Ablandige Grundwasserströmung reicht gegenwärtig nicht bis zu 100 km von der Küste. 3. Küstenferne Süßwasservorkommen sind auf Sedimentschichten mit niedriger Permeabilität beschränkt. Die verfügbare Datengrundlage ist exzellent und besteht neben petrophysikalischen Messungen und Bohrlochdaten vergangener ODP/IODP Expeditionen aus zahlreichen 2D seismischen Profilen. Das gleichnamige Projekt wird seit Mitte 2015 an der TU Freiberg und seit Ende 2016 an der RWTH Aachen durch die DFG gefördert. Eine Tiefenmigration reflexionsseismischer Profile ist nahezu abgeschlossen und bildet die Grundlage zur Erstellung eines hydrogeologischen Modells. Auf Basis einer sequenz-stratigraphischen Interpretation der seismischen Daten und unter Berücksichtigung der aus Bohrlochdaten abgeleiteten Korngrößenverteilung am NJS, wurde mittels geostatistischer Verfahren ein komplexes, über 30 Millionen Gitterpunkte umfassendes und geologisch plausibles 2D Faziesmodell erstellt. Dabei ist jeder Faziestyp durch bohrloch- und literaturgestützte petrophysikalische Eigenschaften charakterisiert. Nach sorgfältiger Definition von Anfangs- und Randbedingungen, bildet dieses Modell die Grundlage für vorläufige numerischer Simulationen. Die Simulationsergebnisse sind vielversprechend und deuten auf eine Bestätigung der oben genannten Hypothesen hin. Zukünftig geplante Arbeiten umfassen eine Erweiterung des hydrogeologischen Modells in 3D unter Einbeziehung multiple-point-geostatistischer Methoden. Dabei sollen auch die durch eine AVO-Analyse der Seismik abgeleiteten petrophysikalischen Parameter berücksichtigt werden. Die Überprüfung der oben genannten Hypothesen wird durch numerische Simulationsrechnung auf Basis des finalen 3D Modells erfolgen. Die Ergebnisse dieser Studie können zu einem verbesserten Verständnis von meerwärts gerichtetem Grundwassertransport im Allgemeinen beitragen.
Submarine Hangrutschungen stellen ein bedeutendes Risiko für Offshore-Infrastrukturen und Küstengebiete dar, da sie zum Beispiel gefährliche Tsunamis auslösen können, wie der Storegga Slide vor der Küste Norwegens. Neben anderen Präkonditionierung für Hangrutschungen, wie steile Hangneigung oder Überdruck in den Porenräumen der Sedimente verursach im Zusammenhang mit Eiszeiten, wurde die Auflösung von Gashydraten in vielen Studien diskutiert. Die weltweite räumliche Überscheidungen von submarinen Hangrutschungen und Gashydratvorkommen hat zu der Hypothese geführt, dass die Auflösung von Gashydraten in Zeiten von Meeresspiegelsenkung oder Erderwärmung eine Hangrutschung auslösen kann. Dieser Prozess entfernt die zementierenden Gasyhdrate aus den Porenräumen und das frei werdende Gas verursacht zusätzlichen Überdruck . Obwohl Studien mithilfe von numerischen Modellierungen gezeigt haben, dass diese Hypothese realistisch ist, konnte die Forschung keine geologischen oder geophysikalischen Beweise dafür finden, dass dieser Prozess wirklich eine Hangrutschung ausgelöst hat. Außerdem zeigen verschiedene Studien, dass viele submarine Hangrutschungen retrogressiv sind und auf dem mittleren bis unteren Kontinentalhang ausgelöst werden. Diese Beobachtung lässt vermuten, dass andere Prozesse die Rutschungen auslösen. Davon abgesehen gibt es keinen Zweifel, dass Gashydrate die geotechnischen Eigenschaften von Sedimenten stark beeinflussen. Daher ist es wichtig ihren Einfluss auf die Hangstabilität weiter zu untersuchen und neue Hypothesen zu testen. Das übergeordnete wissenschaftliche Ziel dieses Antrags ist es, (1) die globale Relevanz von Gashydratgefüllten Rissen für Hangstabilität zu ergründen und (2) den Einfluss von Scherfestigkeitsvariationen auf Störungsverläufe und Stressmerkmale, wie z.B. Bohrlochausbrüche, zu verstehen. Bis jetzt war es nicht möglich gewesen, den Zusammenhang zwischen Gashydraten und Hangstabilität herzustellen, da ein umfangreicher Datensatz aus geotechnischen, geologischen und geophysikalischen Daten aus einem Gebiet mit Gashydrate verursachten Rutschungen nicht verfügbar war. Die IODP Expedition 372 hat dies geändert. Uns stehen jetzt Logging-While-Drilling Daten und Sedimentkerne von dieser Expedition zur Verfügung, genauso wie ein hochauflösender 3D Seismik Datensatz, der mit dem GEOMAR P-Cable System im Jahre 2014 aufgezeichnet wurde. Diese Daten im Zusammenhang mit einer Scherzelle für Gashydrathaltige Sedimente auf dem neusten Stand der Technik am GEOMAR, die es erlaubt die Deformation der Probe live mit einem 4D X-ray CT zu beobachten, wird es uns ermöglichen, einen Entscheidenden Schritt vorwärts in der Gashydrat- und Hangstabilitätsforschung zu machen.
The geomagnetic field shields our habitat against solar wind and radiation from space. Due to the geometry of the field, the shielding in general is weakest at high latitudes. It is also anomalously weak in a region around the south Atlantic known as South Atlantic Anomaly (SAA), and the global dipole moment has been decreasing by nearly 10 percent since direct measurements of field intensity became possible in 1832. Due to our limited understanding of the geodynamo processes in Earths core, it is impossible to reliably predict the future evolution of both dipole moment and SAA over the coming decades. However, lack of magnetic field shielding as would be a consequence of further weakening of dipole moment and SAA region field intensity would cause increasing problems for modern technology, in particular satellites, which are vulnerable to radiation damage. A better understanding of the underlying processes is required to estimate the future development of magnetic field characteristics. The study of the past evolution of such characteristics based on historical, archeo- and paleomagnetic data, on time-scales of centuries to millennia, is essential to detect any recurrences and periodicities and provide new insights in dynamo processes in comparison to or in combination with numerical dynamo simulations. We propose to develop two new global spherical harmonic geomagnetic field models, spanning 1 and 10 kyrs, respectively, and designed in particular to study how long the uninterrupted decay of the dipole moment has been going on prior to 1832, and if the SAA is a recurring structure of the field.We will combine for the first time all available historical and archeomagnetic data, both directions and intensities, in a spherical harmonic model spanning the past 1000 years. Existing modelling methods will be adapted accordingly, and existing data bases will be complemented with newly published data. We will further acquire some new archeomagnetic data from the Cape Verde islands from historical times to better constrain the early evolution of the present-day SAA. In order to study the long-term field evolution and possible recurrences of similar weak field structures in this region, we will produce new paleomagnetic records from available marine sediment cores off the coasts of West Africa, Brazil and Chile. This region is weakly constrained in previous millennial scale models. Apart from our main aim to gain better insights into the previous evolution of dipole moment and SAA, the models will be used to study relations between dipole and non-dipole field contributions, hemispheric symmetries and large-scale flux patterns at the core-mantle boundary. These observational findings will provide new insights into geodynamo processes when compared with numerical dynamo simulation results.Moreover, the models can be used to estimate past geomagnetic shielding above Earths surface against solar wind and for nuclide production from galactic cosmic rays.
Hauptfragestellungen des IODP-Vorschlags 'Cenozoic climate, productivity, and sediment transport at the NW African continental margin' sind: i) das NW-Afrikanische Klima in einer wärmeren Welt und ii) die Reaktion hochproduktiver Ökosysteme auf andere Klimabedingungen als heute. Dazu sollen Sedimentkerne in sechs Gebieten vor NW-Afrika erbohrt werden. Eine zentrale Lokation für die Arbeiten liegt auf dem Kapverden Plateau in der Nähe der ODP-Bohrung 659. Für dieses Gebiet existieren jedoch keine modernen hochauflösenden seismischen Daten. Solche Daten werden im Rahmen der Meteor-Ausfahrt M155 im Zeitraum vom 26. Mai bis 30. Juni 2019 gesammelt. Hauptziel dieses DFG-Antrags ist die Bearbeitung und Interpretation der neuen seismischen Daten, um die Sedimente des Kapverden Plateaus seismisch-stratigraphisch einzuordnen. Die seismischen Untersuchungen zielen darauf ab, eine Lokation zu identifizieren, an dem das Plio-Pleistozän dünner und das Miozän mächtiger ist als in der ODP-Bohrung 659. Damit wäre es möglich mittels APC-XCB tiefer in das Miozän zu bohren, was von entscheidender Bedeutung für die Gewinnung von qualitativ hochwertigen Kernen für Paläoklimauntersuchungen ist.
Wolkenbeobachtungen werden mit Aerosolmessungen auf dem Forschungsschiff (FS) Polarstern und einer Eisstation synchronisiert um den direkten und indirekten Aerosoleffekt zu identifizieren und zu quantifizieren. Diese werden mit dem Zustand der Atmosphäre in Zusammenhang mit deren Strahlungsflüssen am Boden in Verbindung gebracht. Strahlungsschließungsstudien werden durchgeführt um die fernerkundeten Aerosol- und Wolkeneigenschaften mit den in-situ Messungen der Bodenstrahlungsflüsse zu verbinden
Rauschkorrelationen (Noise correlations) haben die Seismologie revolutioniert, indem sie es ermöglichen, die gewaltigen Datenmengen an kontinuierlich aufgezeichnetem seismischem Hintergrundrauschen zu verwenden. Letztendlich erlauben sie es, mit diesem Rauschen Seismologie ohne Erdbeben zu betreiben. Die dadurch ermöglichten hochaufgelösten tomographischen Bilder dienen besserer Hypozentrumsbestimmung, besserer Vorhersage maximaler Bodenbeschleunigungen und einem tieferen Verständnis tektonischer Prozesse in der Erdkruste. All dies hat wichtige Folgen für die seismische Risikoabschätzung.Rauschkorrelationen wurden ebenfalls verwendet, um geologische Gefahrenobjekte wie instabile Hänge, Vulkane und Störungszonen auf zeitliche Veränderungen hin zu überwachen. Die meisten Anwendungen haben sich dafür bisher auf die Vertikalkomponente beschränkt, aber zunehmend gewinnt auch die Nutzung der Horizontalkomponenten an Interesse.Mit den Fortschritten und der zunehmenden Anwendung der Methode werden ihre Beschränkungen deutlicher. Ein Problem der Rauschkorrelation ist, dass die resultierende 'Greensche Funktion' nicht nur Information über das von der Welle durchlaufene Medium, sondern auch über die Rauschquellen enthält. Um die Rauschkorrelationsmethode zu verbessern, ist es folglich notwendig, ein hinreichendes Verständnis der Quellen und ihres Verhaltens zu erlangen.Die Quellen der Vertikalbewegung und damit der mikroseismischen Rayleighwellen ist weitgehend erforscht, wohingegen die Quellen der Horizontalbewegung durch Lovewellen weitgehend unbekannt sind. Dieser Antrag zielt darauf ab, Lovewellen im seismischen Hintergrundrauschen und damit auch ihren Beitrag zur Rauschkorrelationsmethode zu charakterisieren und zu verstehen. Dazu wird an grundlegenden Fragen bearbeitet:- Wie werden mikroseismische Lovewellen erzeugt?- Wo werden sie erzeugt? Gibt es geograpische Unterschiede im Vergleich zu den Herkunftsregionen von Rayleighwellen?- Wie sehr tragen Lovewellen zur Energie des mikroseismischen Rauschens bei? Wie hängt dieser Anteil von der Frequenz ab?- Wann werden die stärksten Lovewellen erzeugt? Ändert sich ihr Frequenzgehalt mit der Zeit?Die bisherigen Nutzungen der Rauschkorrelationen sind alle in irgendeiner Weise von den räumlichen und zeitlichen Eigenschaften der Rauschquellen beeinflusst. Ein besseres Verständnis mikroseismischer Lovequellen wird daher den Anwendern der Rauschkorrelationsmethode helfen, indem es bessere Modelle der Erdkruste und ein präziseres Überwachen erlaubt. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Ergebnisse der Rauschkorrelationsmethode zu verbessern, indem man die genutzten Rauschquellen versteht. Dazu wird eine datenbasierte Charakterisierung der Lovequellen verbunden mit numerischer Simulation der Erzeugung von Lovewellen.
Electrical conductivity is a key parameter in models of magnetic field generation in planetary interiors through magneto-hydrodynamic convection. Measurements of this key material parameter of liquid metals is not possible to date by experiments at relevant conditions, and dynamo models rely on extrapolations from low pressure/temperature experiments, or more recently on ab-initio calculations combining molecular dynamics and linear response calculations, using the Kubo-Greenwood formulation of transport coefficients. Such calculations have been performed for Fe, Fe-alloys, H, He and H-He mixtures to cover the interior of terrestrial and giant gas planets. These simulations are computationally expensive, and an efficient accurate scheme to determine electrical conductivities is desirable. Here we propose a model that can, at much lower computational costs, provide this information. It is based on Ziman theory of electrical conductivity that uses information on the liquid structure, combined with an internally consistent model of potentials for the electron-electron, electron-atom, and atom-atom interactions. In the proposal we formulate the theory and expand it to multi-component systems. We point out that fitting the liquid structure factor is the critical component in the process, and devise strategies on how this can be done efficiently. Fitting the structure factor in a thermodynamically consistent way and having a transferable electron-atom potential we can then relatively cheaply predict the electrical conductivity for a wide range of conditions. Only limited molecular dynamics simulations to obtain the structure factors are required.In the proposed project we will test and advance this model for liquid aluminum, a free-electron like metal, that we have studied with the Kubo-Greenwood method previously. We will then be able to predict the conductivities of Fe, Fe-light elements and H, He, as well as the H-He system that are relevant to the planetary interiors of terrestrial and giant gas planets, respectively.
Whether primordial bodies in the solar system possessed internally-generated dynamos is a fundamental constraint to understand the dynamics and timing of early planetary formation. Paleointensity studies on several meteorites reveal that their host planets possessed magnetic fields within an order-of magnitude of the present Earths field. Interpretation of paleointensity data relies heavily on fundamental knowledge of the magnetic properties of the magnetic carriers, such as the single to multidomain size threshold or how the saturation magnetization varies as a function of grain size, yet very little knowledge exists about these key parameters for some of the main magnetic recorders in meteorites: the iron-nickel alloys. Moreover, most meteorites have experienced some amount of shock during their histories, yet the consequence of even very small stresses on paleointensity data is poorly known.We wish to fill these gaps by magnetically characterizing Fe-Ni alloys as a function of grain size and by determining how absolute and relative paleointensity data are biased by strain levels lower than those petrologically observable (less than 4-5 GPa). For example, our preliminary work shows that an imposed stress of 0.6 GPa will reduce absolute paleointensity estimates by 46Prozent for single domain magnetite-bearing rocks. In general, paleointensity determinations possess inherent disadvantages regarding measurement precision and the inordinate amount of human time investment. We intend to overcome these limitations by extending and improving our fully automated magnetic workstation known as the SushiBar.
The magnetosphere of a planet is controlled by a number of factors such as the intrinsic magnetic field, the atmosphere and ionosphere, and the solar wind. Different combinations of these control factors are at work at the terrestrial planets Mercury, Venus, Earth, and Mars, hence they form a very suitable set for quantitative comparative studies. A significant intrinsic dipolar magnetic field is present only on Earth and on Mercury. However, the configuration at Mercury differs considerably from that at Earth because Mercury does not support an atmosphere and ionosphere, the dipolar field is much weaker, the solar wind denser, and the interplanetary magnetic field stronger. Both Mars and Venus have atmospheres but lack a global planetary magnetic field, with regional crustal magnetization being present on Mars. This proposal aims at investigating and comparing electrical current systems in the space environments of terrestrial planets using magnetic vector data collected by orbiting spacecraft such as Venus Express, Mars Global Surveyor, CHAMP (Earth), and MESSENGER (Mercury). We propose to construct data-driven and physically meaningful representations that reveal and quantify the influence of various control factors. To achieve this, we will tailor Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis and other multivariate methods to the specifics of planetary magnetic field observations. In contrast to representations that build on predefined functions like spherical harmonics, basis functions in the EOF approach are derived directly from the data. EOFs are designed to extract dominant coherent variations for further interpretation in terms of known physical phenomena, and then, in a regression step, for modeling using suitable control variables. The EOF methodology thus allows quantifying the relative importance of control factors for each planet individually, and thus contributes to the solution of topical science questions. The resulting empirical models will facilitate comparative studies of current systems at the terrestrial planets.
Der Bergbau ist seit dem Altertum bekannt und liefert Edelmetalle, Kohle, Mineralien und Gesteine, die wirtschaftlich und industriell genutzt werden, sowie Baumaterialien. Trotz vieler positiver Auswirkungen auf die Menschheit hat der Bergbau eine der schädlichsten Auswirkungen auf die Umwelt. Bei dem Problem der Umweltverschmutzung durch den Bergbau handelt es sich in vielen Fällen um den Akkumulationseffekt von jahrzehntelangen oder sogar jahrhundertelangen Aktivitäten an bestimmten Orten. Das Ziel des vorgeschlagenen Forschungsprojekts ist es, magnetische Parameter zu ermitteln, die Veränderungen in der Ausbreitung der Verschmutzung in Böden in der Umgebung von Bergbauabfällen steuern, die nach der Schließung des Bergbaus jahrelang verlassen wurden. Dies geschieht durch den Vergleich von vier historischen Bergbaugebieten in Polen und Deutschland. Das Projekt befasst sich mit der Verteilung von Schwermetallen (HM), die aus Abraumhalden in die nähere Umgebung sickern. Es ist bekannt, dass viele große Verschmutzungsquellen wie Kraftwerke, Schmelzwerke und Bergbaubetriebe neben schädlichen HM auch eisenhaltige magnetische Mineralien wie Magnetit und Maghemit freisetzen. Daher bietet das vorgeschlagene Projekt einen neuen, interdisziplinären und bisher ungenutzten Ansatz zur Untersuchung der vertikalen und horizontalen Verteilung von HMs, die mit magnetischen Partikeln assoziiert sind, unter Verwendung von zwei sich ergänzenden Methoden: die Anisotropie der ferromagnetischen Suszeptibilität, die die bevorzugte Ausrichtung der magnetischen Körner und damit die Richtung der HMs-Migration anzeigt, und die Methode der Bodenleitfähigkeit (GCM-EM), die ein Maß für die Fähigkeit des Wassers ist, den elektrischen Fluss durch gelöste Ionen (einschließlich HMs) aufzuzeichnen. Dazu werden in-situ-Messungen der magnetischen Suszeptibilität, des vertikalen Gradienten des Magnetfeldes und der GCM-EM sowie eine detaillierte Beprobung von Bodenprofilen für Anisotropieanalysen durchgeführt. Der Gehalt an HMs wird durch magnetische Parameter abgeschätzt, die proportional zur Konzentration der magnetischen Partikel sind, die mit HMs assoziiert sind. Diese Untersuchungen werden durch geochemische und statistische Standardanalysen unterstützt Das erwartete Ergebnis des Projekts ist die Bestimmung der Schadstoffausbreitungswege und -senken. Die räumliche Verteilung der HM-Belastung ist in hohem Maße fallabhängig und wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst; daher werden die lokale Topographie, die klimatischen und meteorologischen Bedingungen, der Boden und die Vegetation sowie die menschlichen Aktivitäten im Rahmen des Projekts sorgfältig geprüft. Darüber hinaus wird das Projekt das Verständnis der vom Menschen verursachten Bodenbildungsprozesse und der Ausbreitung der Metallverschmutzung verbessern und gleichzeitig eine neue Methode zur Verfolgung der Kontamination entwickeln. Außerdem wird es die potenziellen Umweltauswirkungen historischer Bergbauabfälle bewerten.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 228 |
| Wissenschaft | 226 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 228 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 228 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 164 |
| Englisch | 110 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 11 |
| Webseite | 217 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 219 |
| Lebewesen und Lebensräume | 186 |
| Luft | 53 |
| Mensch und Umwelt | 227 |
| Wasser | 138 |
| Weitere | 228 |