Supraleitendes Gravimeter - Institut für Geophysik - Universität ...

Schwerevariationen durch Erd-Eigenschwingungen 4
2. Darstellung der geplanten oder laufenden Forschungsprojekte, Begründung
der Notwendigkeit des beantragten Gerätes
Zwei Besonderheiten dieses Antrags sollen hier vorweg
erläutert werden.
(1) Als geodynamisches Observatorium sind für das
BFO Langzeitdauerbeobachtungen von zentraler Bedeutung.
Hier werden Fragestellungen verfolgt, die nicht mit
dem zeitweiligen Einsatz anderer Großgeräte vergleichbar
sind. Um das Studium von Variationen des Schwerefeldes
mit Daten höchster Qualität weiterhin (für 10 - 20 Jahre) fortsetzen
zu können, wird hier die Beschaffung eines SG modernster
Bauart beantragt. Damit könnte das BFO weiterhin
und langfristig Spitzenforschung auf diesem Gebiet betreiben
und seine weltweit anerkannt hohe Qualität für geodynamische
Messungen erhalten und sogar zu längeren Perioden
ausdehnen.
(2) Warum ist es sinnvoll trotz der in Mitteleuropa vergleichsweise
hohen Dichte von Supraleitenden Gravimetern
ein weiteres SG am BFO zu betreiben? Gegenwärtig
werden schon in Strasbourg (Frankreich, 68km Entfernung
zum BFO), Walferdange (Luxemburg, 229km), Bad Homburg
(Hessen, 232km), Membach (Belgien, 325km), Wettzell
(Bayern, 353km), Moxa (Thüringen, 366km), Medicina
(Italien, 481km), Pecny (Tschechien, 510km), Wien (Österreich,
598km) SGs betrieben. Trotz der relativ hohen Dichte
von GGP Stationen in Europa denken wir, dass eine Installation
eines supraleitenden Gravimeters am BFO sinnvoll
ist und den von GGP formulierten Forschungsansätzen
und -zielen weitere Impulse geben kann. Das Organisationskommitte
des GGP sieht das ebenso und hat das BFO
als Standort für ein supraleitendes Gravimeter empfohlen
(siehe Anlagen). Diese Position wurde auch von Professor
Crossley (University Saint Louis, U.S.A.), seinerzeit Präsident
des GGP, in seinem Plenarvortrag vor der Deutschen
Geophysikalischen Gesellschaft im Februar 2003 bekräftigt.
Die Argumente dafür sollen im Folgenden etwas näher ausgeführt
werden.
Vorteile des Standorts BFO: Bei qualitativ hochwertigen
Messinstrumenten wird die Detektionsschwelle für geophysikalisch
nutzbare Signale nicht nur durch die individuellen
Geräteeigenschaften bestimmt, sondern vor allem auch
durch den Standort, die Art der Geräteaufstellung und die
Abschirmung gegen Störeinflüsse aus der Umgebung. Eine
maßgebliche Strrgröße ist die durch meteorologischhydrologische
und zivilisatorische Störquellen hervorgerufene
Bodenunruhe, die sich als allgemeines ” Rauschen“ in
den Messdaten niederschlägt. Ein geringes Rauschen geht
einher mit einer höheren Verlässlichkeit der Messergebnisse
und ist die Voraussetzung für die Entdeckung und Beschreibung
noch unbekannter oder noch nicht ausreichend
untersuchter Phänomene.
Für das BFO als Standort für genaueste seismische und
Schweremessungen sprechen seit jeher die große Distanz
zu industriellen Störquellen, zu größeren Straßen und zu
Flüssen. Unter einer 170 m mächtigen Überdeckung aus
Buntsandstein und Granit und durch eine Druckschleuse
sind die Instrumente von meteorologischen Störquellen
weitgehend abgeschirmt. Sorgfältig ausgeführte Verbesserungen
der Aufstellungsbedingungen, insbesondere die
Installation einer Druckschleuse, haben in den vergangenen
Jahrzehnten die Datenqualität und -verfügbarkeit immer
weiter verbessert.
Die am BFO erhobenen Daten gehen an nationale und internationale
Datenzentren und stehen on-line Wissenschaftlern
aus aller Welt zur Verfügung. Ein von der Harvard University
in Boston, USA, laufend aktualisiertes und im Internet
veröffentlichtes Qualitätsranking für insgesamt 166 global
verteilte seismische Breitband-Stationen belegt, dass
das BFO in punkto Datenqualität und -verfügbarkeit stets
unter den besten Stationen weltweit zu finden ist. Das BFO
steht meistens auf einem der ersten 4 Ränge und damit
weit vor den in globale seismische Netzwerke integrierten
GGP-Stationen. Auf Grund der weltweit anerkannten Qualität
des Standortes wird das BFO immer wieder als Teststandort
für neu entwickelte Instrumente genutzt, z.B. für ein
Breitband-Laser-Seismometer für den japanischen Gravitationswellendetektor
oder, ganz aktuell, für ein neu entwickeltes
Breitband-Seismometer der Firma Nanometrics.
Das Qualitätsranking der Harvard University betrifft den
seismologisch interessanten Periodenbereich von einigen
Sekunden bis zu einigen Minuten. Die supraleitenden Gravimeter
entfalten ihre Stärke bei längeren Perioden von Tagen
bis zu einigen Jahren. In diesem Periodenband werden
nahezu alle bisher in Betrieb genommenen Standorte
von supraleitenden Gravimetern durch Schweresignale infolge
von Variationen des lokalen Grundwasserspiegels um
teilweise mehrere Meter massiv beeinträchtigt. Auch hier
sind die Voraussetzungen am BFO deutlich günstiger: die
170 m mächtige Gesteinsüberdeckung sorgt für einen ausreichenden
Abstand zwischen dem Gravimeter und dem
Oberflächenwasser. Messungen des Kluftwasserstandes im
BFO-Stollen weisen Variationen im mm-Bereich nach; damit
hat diese Störquelle am BFO eine um den Faktor 100
bis 1000 kleinere Amplitude als an anderen GGP-Stationen.
Wir erwarten daher eine Signalqualität, die an keinem der
bisher vorhandenen Standorte erreicht werden kann. Diese
Erwartung wird belegt durch eine temporäre Installation
des supraleitenden Gravimeters SG102 im Jahr 1994 am
BFO. Die Installation lieferte die zweithöchste Datenqualität,
die damals mit supraleitenden Gravimetern erzielt wurde.
Darüber hinaus konnten im Vergleich mit den anderen am
BFO betriebenen Messinstrumenten einige damals vorhan-