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.
Für die Charakterisierung und Quantifizierung der Konnektivität von hydrostratigraphischen Einheiten in Porengrundwasserleitern ist im Vergleich zur Erfassung und Quantifizierung der räumlichen Verteilung hydraulischer Leitfähigkeiten bisher nur wenig Forschung betrieben worden. Dies trifft nicht nur auf die theoretische Betrachtung der Konnektivität von Aquiferstrukturen verschiedener Größenordnungen zu, sondern insbesondere auch auf deren Erfassung und Quantifizierung durch Feldversuche. Die Unsicherheiten bezüglich der Kontinuität hydrostratigraphischer Einheiten genauso wie die bisher noch größere Unsicherheit bezüglich ihrer Konnektivität, führen immer noch zu teils erheblichen Problemen bei der Betrachtung, Modellierung und Vorhersage des realen, natürlichen Stofftransports insbesondere in heterogenen Grundwasserleitern. Daher glauben wir, dass eine genauere Betrachtung und Erforschung von Konnektivität von wesentlicher Relevanz für die Erfassung der Stofftransporteigenschaften in heterogenen Aquiferen ist. In diesem Zusammenhang basiert unsere initiale Arbeitshypothese auf einer Verbindung zwischen Konnektivität und Signalimpulsen verschiedener Frequenzbereiche von hydraulischen Messungen als auch für Messungen der Spektralen Induzierten Polarisation (SIP). Dabei soll der Zusammenhang zwischen Signalfrequenz und Signalamplitudendämpfung (für SIP zusätzlich Phasenverschiebung) als möglicher Indikator (oder als Maß) für verschiedenartige Konnektivitäten untersucht werden. Ausgangspunkt dieses Projektes ist zunächst die Entwicklung eines oder mehrerer theoretischer Konnektivitätskonzepte. Weiterhin soll das Potential geophysikalischer (SIP) und hydraulischer Messungen (z.B. Direct Push gestützte Cross-Hole oder Slug Interference Tests) sowie eine Kopplung von hydraulischen und geophysikalischen Messungen untersucht werden. Dabei soll vor allem die erwähnte Frequenzabhängigkeit der gemessenen Signale für verschiedene Konnektivitätsszenarien näher betrachtet werden um deren Eignung für die Erfassung der Konnektivität zu prüfen. Dafür werden direkt vergleichbare und simultan durchgeführte Laborversuche und numerische Simulationen der unterschiedlichen Konnektivitätsszenarien betrachtet. Die Experimente und Simulationen werden dabei mit steigender Komplexität, auf unterschiedlichen Größenordnungen und dementsprechend mit unterschiedlichen Konnektivitätsszenarien realisiert. Die Ergebnisse der Simulationen und Experimente sollen dann genutzt werden, das entwickelte theoretische Konzept (bzw. die Konzepte) iterativ anzupassen und zu optimieren. Das Hauptziel des Projektes besteht darin, dass auf der Basis des optimierten theoretischen Konnektivitätskonzepts die Ergebnisse der (simulierten) Labor- und Feldexperimente nutzen zu können, um Konnektivität messen und diese neue Information letztendlich in Strömungs- und Transportmodelle einfließen lassen zu können.
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
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.
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.
Durch DynaDeep wird ein Verständnis der Funktionsweise und Relevanz des Land-Meer Übergangs im Untergrund von Hochenergiestränden gewonnen werden. Wir nehmen an, dass dieser einen hoch dynamischen Bioreaktor und einzigartiges mikrobiologisches Habitat darstellt und Netto-Stoffflüsse in Richtung Meer stark beeinflusst. Um dieses Ziel zu erreichen werden sechs Teilprojekte gemeinsam Felduntersuchungen und experimentelle Arbeiten durchführen und diese mit mathematischen Modellen integrativ kombinieren. P1 wird Grundwasserströmungs- und -transportprozesse als Funktion hydro- und morphodynamischer Randbedingungen untersuchen. Wir postulieren, dass die gegenwärtigen Konzepte zur Grundwasserströmung und Salzverteilung in subterranen Ästuaren unter Tideeinfluss für Hochenergiebedingungen nicht anwendbar sind. Stattdessen erwarten wir dynamische und variable Änderungen von Salinitäten, Fließrichtungen und Aufenthaltszeiten. P1 wird die Strandmorphologie mit Hilfe von Kameraaufnahmen, Laserscannern und Drohnen untersuchen und diese mit numerischen Modellen kombinieren, um typische Adaptionszeiten und -skalen der Strandmorphologie abzuleiten. Durch nicht-invasive geophysikalische Methoden werden die Salzverteilungsmuster im Untergrund zu verschiedenen Zeiten abgeleitet werden. Umwelttracer werden genutzt, um Aufenthaltszeiten im Untergrund zu bestimmen. Morphologische, hydro(geo)logische und geophysikalische Daten des STE Online Observatory dienen der Erstellung numerischer Modelle, die Grundwasserströmung und Salztransport abbilden. Die Kenntnis der Verteilung von Wasserkörpern und -grenzflächen, Fließgeschwindigkeiten, Aufenthaltszeiten und des Ausmaßes der Mischung im Untergrund bildet die Grundlage für die biogeochemischen Untersuchungen in den Teilprojekten P2-P6.
Muster in funktionellen und strukturellen Bodeneigenschaften werden basierend auf Daten komplementärer geophysikalischer Verfahren charakterisiert. EIT (Elektrische Impedanztomographie) und GPR (Bodenradar) Daten werden genutzt, um Wurzelwachstum und -aktivität in ihrer Beziehung zur Bodenfeuchtedynamik innerhalb einzelner Parzellen zu untersuchen. Die raumzeitlichen Muster in den Bodeneigenschaften bis zur Wassereinzugsgebietsskala werden mittels EMI (Elektromagnetische Induktion) und GPR Messungen charakterisiert. Basierend auf beobachteten Mustern werden Konzeptualisierung und Parametrisierung der im TR32 genutzten hydrologischen Modelle verbessert.
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.
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.
Die Installation von drei seismischen 3D Arrays bildet eine Hauptkomponente von ICDP-Eger Rift zur Beobachtung und Untersuchung geodynamischer Prozesse in Westböhmen/ Vogtland. Im Rahmen dieses Antrags werden wir den Oberflächenteil eines 3D Arrays installieren und mit einem zusätzlichen mobilem Array seismologische Beobachtungen an strategischen Punkten durchführen. Das Projekt befasst sich mit der Untersuchung und Abbildung der zeitlichen und räumlichen Dynamik von tiefen (mehrere Kilometer) Fluidkanälen in Westböhmen/ Vogtland. Dafür werden wir das seismische Rauschen (Noise) benutzen, dass durch die Bewegung von Fluiden entsteht. Vorhergehende Studien haben die 'Matched Field Processing' (MFP) Methode als vielversprechendes Werkzeug zur Untersuchung der zeitlichen und räumlichen Verteilung von mit Fluidbewegungen in Zusammenhang stehenden Rauschquellen identifiziert. Bei dieser Methode wird das an einem Array aufgezeichnete seismische Wellenfeld mit einem modellierten verglichen und dadurch Rauschquellen im Untergrund geortet. Wir werden die MFP Methode dahingehend erweitern, dass diese Ortung auch für mehrere Kilometer tiefe Quellen verbessert wird. Im Projekt werden wir seismologische Daten von einem permanenten Oberflächenarray, welches an dem ICDP Bohrstandort S1 (Landwüst, Vogtland) installiert wird, sowie von einem mobilen Array, als auch von - sobald vorhanden - Bohrlochinstallationen verwenden. Wir haben für unsere Untersuchungen zwei Zielregionen nördlich und südlich von Nová'3 Kostel identifiziert. Südlich von Nová'3 Kostel haben aktuelle seismologische und magnetotellurische Untersuchungen einen Fluidkanal entdeckt, der in direkten Zusammenhang mit den in der Region auftretenden Schwarmbeben gebracht wurde. Die Region nördlich von Nový Kostel hat in den letzten Jahren eine erhöhte seismische Aktivität vor allem in flacheren Tiefenbereichen gezeigt und ist momentan aktiv. Da wir für beide Regionen einen direkten Zusammenhang der Beobachtungen mit aktiven Fluidbewegungen vermuten, werden wir die MFP Methode dort zur Untersuchung der räumlichen und zeitlichen Dynamik einsetzen. Für diesen Zweck wird auch eine Weiterentwicklung der Methode mit Hilfe von Muliarrayverfahren, gezielter Gewichtung der verwendeten Daten, um das Auflösungsvermögen der Methode zu verbessern und der Berücksichtigung von Effekten komplexer Untergrundmodelle betrieben. Zusätzlich werden wir Langzeitbeobachtungen von tief liegenden Fluidkanälen sammeln und mit einem besonderen Augenmerk auf den Zusammenhang ihrer zeitlichen Variabilität mit dem Auftreten von Schwarmbeben auswerten. Insgesamt wird durch diesen Antrag der zur Verfügung stehende Methodenpool im ICDP-Eger Rift zur Untersuchung der geodynamischen Prozesse, welche in engem Zusammenhang zu Fluidbewegungen und Schwarmbeben in der Region Westböhmen/ Vogtland stehen, erweitert.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 212 |
| Wissenschaft | 210 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 212 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 212 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 148 |
| Englisch | 98 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 11 |
| Webseite | 201 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 203 |
| Lebewesen und Lebensräume | 170 |
| Luft | 44 |
| Mensch und Umwelt | 211 |
| Wasser | 125 |
| Weitere | 212 |