Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

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298 Das Oberkarbon an der Westküste Irlands bei den „Cliffs of Mohar“. Die Untersuchung von Ammoniumgehalten und Stickstoffisotopen in diesen Sedimentgesteinen sind Bestandteil eines Forschungsvorhabens im DFG-Schwerpunktprojekt „Dynamik sedimentärer Beckensysteme unter wechselnden Spannungsregimen am Beispiel des zentraleuropäischen Beckensystems“ (Foto: V. Lüders, GFZ). The upper Carboniferous strata at the „Cliffs of Mohar“, westcoast of Ireland. Studies of ammonia content and nitrogen isotopic composition in these sedimentary rocks are part of a scinetific project funded by the DFG in the priority program „Dynamics of sedimentary systems under varying stress conditions by example of the Central European Basin-System“. Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam
Department 4 Chemie der Erde Geodynamische Prozesse sind als räumlich begrenzte Abläufe Antrieb für Deformationsprozesse, Erdbeben und für alle geogenen Stoffkreisläufe, die den Lebensraum Erde aufrechterhalten. Stoffkreisläufe sind der Motor für die Entstehung von Ressourcen, wie mineralische Lagerstätten, Kohlenwasserstoffvorkommen und Grundwasser. Um Antrieb und Steuerungsmechanismen von geodynamischen Prozessen und Stoffkreisläufen zu identifizieren und deren Risiko- und Ressourcenpotentiale abschätzen zu können, werden neben geophysikalisch-geodätischen Messkampagnen in geodynamischen Schlüsselregionen der Erde – vor allem an aktiven und passiven Kontinenträndern („Labor Erde“) – Laborexperimente entwickelt („Erde im Labor“). Diese simulieren Prozesse unter Normalbedingungen bis zu hohen Drücken und Temperaturen und entschlüsseln Materialeigenschaften, Reaktionen zwischen Mineralen, Schmelzen und Fluiden, sowie die damit verbundenen Transportprozesse in allen Skalenbereichen bis hinunter in den atomaren Maßstab. Der Einsatz mikround isotopenanalytischer Methoden erlaubt dabei die Quantifizierung von Stoffumsätzen und die Bestimmung der Chronologie geodynamischer Prozesse. Numerische Modellierungen verknüpfen diese Daten ganz unterschiedlicher Art und Dimension über verschiedene Skalenlängen. In diesem Kontext ist auch die Neu- und Weiterentwicklung innovativer Mess- und Auswertetechnologien von essentieller Bedeutung. Ein Schlüssel zum Verständnis des Systems Erde ist die Kenntnis der physikalischen Eigenschaften von Geomaterialien bei hohen Drücken und Temperaturen. Unter dem Stichwort „Erde im Labor“ werden am GFZ Materialeigenschaften von Gesteinen und Mineralen bei simulierten Bedingungen des Erdinneren untersucht. Dabei stehen die für das Prozessverständnis wichtigen Größen, wie die Wärmetransporteigenschaften, und die für die Interpretation der indirekten geophysikalischen Tiefensondierungen benötigten Größen, wie elastische Eigenschaften, Dichte und elektrischer Widerstand, im Mittelpunkt. Die am GFZ verfügbaren und z. T. selbst entwickelten Apparaturen und experimentellen Einrichtungen stehen auch externen Arbeitsgruppen für materialwissenschaftliche Fragestellungen in Physik, Chemie und bei der Entwicklung von neuen Materialien zur Verfügung. Gase und Fluide können eine Schlüsselrolle für das Verständnis derjenigen Prozesse spielen, die in Verwerfungsund Störungszonen auftreten. Ungewöhnliche Zusammensetzungen oberflächennaher Gase und Fluide entlang aktiver Störungen sind weltweit belegt, doch sind ihr Ursprung, die Verteilung in der Tiefe und ein möglicher Zusammenhang z. B. mit seismischer Aktivität bisher wenig verstanden. Angesichts der Bedeutung, die das Vorhandensein von Fluiden in Störzonen auf das rheologische Ver- halten der oberen Kruste, das Erdwärmepotential, die Natur geophysikalischer Signale und die Grundwasservorräte hat, sind die Kenntnisse zu thermo-hydro-mechanischen Kopplungen und nichtlinearen Prozessen im kristallinen Untergrund auch heute noch sehr dürftig. Um solche Untersuchungen erfolgreich durchzuführen, beteiligen wir uns intensiv an wissenschaftlichen Tiefbohrungen im Rahmen des internationalen kontinentalen Bohrprogramms (ICDP) und des Integrated Ocean Drilling Program (IODP). In den letzen beiden Jahren wurden im Department 4 Aspekte und Phänomene des Kohlenstoffkreislaufs in der festen Erde intensiv untersucht. Die Menge an Kohlenstoff in diesem Kreislauf ist zehntausendmal größer als die aller lebenden Biomasse und Ressourcen an fossilen Brennstoffen (Kohle, Erdöl, Erdgas, Gashydrate) zusammen. Obwohl äußerst dynamisch, laufen die Prozesse mit unvorstellbar geringen Geschwindigkeiten ab, wenn man die menschliche Zeitskala als Vergleich heranzieht. Dieser globale Kohlenstoffkreislauf umfasst den Kreislauf des Lebens in Vergangenheit und Gegenwart. Er ist im Wesentlichen für die Entstehung fossiler Brennstoffe verantwortlich, die den industriellen Energiebedarf abdecken. Der Kohlenstoffkreislauf ist sowohl eine Senke für Kohlendioxid als auch eine Quelle von Treibhausgasen. Im Rahmen unseres Forschungsprogramms wurden hochmoderne organisch-geochemische Laboratorien aufgebaut. Integrierte Lehr- und Forschungsprogramme in Zusammenarbeit mit der Industrie, der Technischen Universität Berlin und Institutionen der Forschungsförderung (z. B. DFG) wurden initiiert. Bor und Lithium als Monitore von Massentransfer in Subduktionszonen Bor und Lithium besitzen jeweils zwei Isotope, 11 B, 10 B und 7 Li, 6 Li, die in der Natur in einem Verhältnis von etwa 4:1 bzw. 12:1 auftreten. Auf Grund der sehr großen Massenunterschiede von 10 bzw. 17 % zwischen den beiden Isotopen gibt es eine große Isotopen-Variation in Gesteinen und natürlichen Fluiden mit einer Bandbreite von jeweils über 50 ‰. Die B- und Li-isotopische Zusammensetzung in Fluiden, Schmelzen und Gesteinen im Bereich von Subduktionszonen haben somit ein großes Potential als geochemische Tracer zur Quantifizierung von Massentransferprozessen im Bereich konvergenter Plattengrenzen. Die Anreicherung von Bor in Magmen von Inselbögen (IAB) bis zu 60 ppm im Vergleich zu MORB mit weniger als 1,5 ppm und auch Mantel mit weniger als 0,1 ppm deutet darauf hin, dass Bor über die Subduktion von alterierter ozeanischer Kruste und von Sedimenten, die beide Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam 299
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Zweijahresbericht GeoForschungsZent
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Inhaltsverzeichnis Vorwort III Einl
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Vorwort Der vorliegende Zweijahresb
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Das System Erde - Forschungsgegenst
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Geodynamische Prozesse sind als rä
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Abb. 4: Geophysikalisches Observato
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GFZ beteiligt sich maßgeblich im F
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GITEWS - German-Indonesian Tsunami
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die Simulationen auf eine gesichert
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Abb. 8: Verteilung der Tsunami Boje
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Abb. 10: Schematischer Aufbau des G
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ten sind in thematischen Gruppen or
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Das Bam-Erdbeben 2003: Präzise Her
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so dass man hier ein komplexeres St
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Abb. 4: Berechnete Bodenverformunge
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Diskussion und Schlußfolgerungen D
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Wang, R., Xia, Y., Grosser, H., Wet
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D-INSAR-Forschung in China: Monitor
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Abb. 3: Auswirkung von Absenkungen:
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Abb. 6: Mit Nivellement gemessene A
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Abb. 10a bis c: Durchschnittliche B
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Prozesse, die die Anden formten - 1
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80 Dissertationsprojekten über 15
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wurde mit den gleichen Apparaturen,
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dung, die sich von der seismisch be
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Abb. 9: Die linke Abbildung zeigt d
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Abb. 11: Korrelation verschiedener
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(vgl. Abb. 13). Die Zentralen Anden
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6 Mill. Jahren gesteuert worden. Zu
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Schurr, B., A. Rietbrock, G. Asch,
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„Inkaba ye Africa“ - dem dynami
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von Meeresströmungen, die klimatis
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Entwicklung der Kontinentalränder
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CHAMP und GRACE - erfolgreiche Schw
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sie bereits mehr als 21000-mal die
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Abb. 6: C 20-Variation abgeleitet a
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Abb. 10a, b: Zeitserie der Beckenmi
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Abb. 14: Zwei Ausschnitte aus der K
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A comprehensive view of the Earth
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Fig. 2: Participants of the interna
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Fig. 4: Orienting a first prototype
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Fig. 6: Coverage of the Earth with
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Fig. 7: Percentage change of the ge
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Fig. 10: Two teams from GFZ Potsdam
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observatories Fürstenfeldbruck, Ni
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CONTINENT - Der Baikalsee: ein auß
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wird das südliche Einzugsgebiet de
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masignale im Sediment ab. Der Baika
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Abb. 6: Ausstattung der Sedimentfal
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Abb. 8: Chlorophyll-a-Konzentration
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optischen Rahmenbedingungen, die du
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Abb. 13: Häufigkeit des Chl-a, sow
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Am GFZ Potsdam wurden die Kerne gem
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(Biome) evaluiert (Prentice et al.,
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Maerki, M., Müller, B., Wehrli, B.
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Seismische Vorauserkundung im Tunne
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Abb. 2: Seismogramme der numerische
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Abb. 5: Daten nach Bearbeitung (Emp
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Technologieentwicklung im In-Situ-
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Abb. 2: Geologisches Blockbild der
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Abb. 4: Das Abbild der elektrischen
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Rissleitfähigkeit von 1 Dm hin. Di
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ge Nutzung eines Heißwasserreservo
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Hochdruck-Mineralphysik mit Synchro
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innerhalb von Druckkammern mit hohe
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zur Probe durch intransparente Stem
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Druckmessung Mineralphysikalische H
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am Probenende sollte die Energie m
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Abb. 14: Ultraschall-Daten-Transfer
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Abb. 18: Elastische Wellengeschwind
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Abb. 22: Transiente Messungen am Qu
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gramm MgSiO 3 (Angel & Hugh-Jones,
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Abb. 30: Weltweite Entwicklung der
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Woodland, A.B., Angel, R.J. (1997).
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Neue experimentelle Entwicklungen a
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Abb. 3: Tiefenprofil einer Referenz
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A B Abb.5:SIMS-Kalibrierungskurven
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Risikokarten für Deutschland: erst
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Da die Auswirkungen der meisten Nat
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Abb. 4:A: Choroplethenkarte des auf
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ERA-40 Daten des ECMWF gewonnen. Mi
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Abb. 9: Mittlere Wohngebäudezusamm
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Kaplan, S., Garrick, B. J.: On the
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Das Industrie-Partnerschaftprogramm
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Abb. 2: Vier grundlegende Elemente
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Abb. 5: Die Analyse von Muttergeste
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den als Untersuchungsgebiet ausgew
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tionskinetischen Modellen, welche e
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Zweijahresbericht 2004/2005 GeoFors
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Department 1 Geodäsie und Fernerku
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Die am GFZ-Analysezentrum erzeugten
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Abb. 1.6: Mittelwerte der von GFZ u
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Tabelle 1.1:Residuen zur kombiniert
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gression der Vergletscherung in die
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Abb 1.17: Aus den am 30.07. (oben)
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Validierung der mittels GPS vermess
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Abb. 1.24: Die geografische Verteil
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Vergleich der zeitlichen Variatione
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Abb. 1.33: Globale und regional ver
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Abb. 1.35: Vergleich von GPS-Okkult
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weltweit verteilten Stationen werde
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wicklung divergieren die Abschätzu
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im Wärmehaushalt zurückgeführt w
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zungsmethode und dem Grad der Kugel
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a) b) Die Zone der niedrigen Dichte
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a) b) Abb. 1.54: (A) Ein erstes Dic
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Abb. 1.58: Alternative geodynamisch
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kungen und hydrologischen Effekten
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strömen mit dem Abfluss in die Amu
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Fernerkundung Die Fernerkundung ste
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schen Arten deutlich im Sichtbaren
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Abb. 1.75: Skalierungsexperiment: a
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Abb. 1.78: Spektrale Varianten von
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endgültigen Simulationsspektren er
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Department 2 Physik der Erde Die Br
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Abb. 2.2: Temporäre Station Dissel
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strukturen im direkten Umfeld des G
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Abb. 2.8: Microarray-Messungen in I
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Vulkanismus und Erdbeben Einer mitt
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und Gefährdungspotenzial der Erde
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Abb. 2.19: Modell des Aufstiegs von
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Abb. 2.22: Das Seismometer der Stat
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Abb. 2.26: Im Berichtszeitraum fand
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Abb. 2.29: Verteilung des elektrisc
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Abb. 2.31: Beispiel eines tomograph
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Abb. 2.33: (a) bis (c) Wachsendes P
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Abb. 2.35: Illustration des neuen M
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Methode der Receiver Funktionen ist
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Abb. 2.42: Untergrenze der afrikani
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überwiegend in Europa und dem Mitt
Seite 261 und 262: für alle geologischen Erscheinungs
Seite 263 und 264: Abb. 2.51b: Sicher ist sicher! Vors
Seite 265 und 266: Vor der wissenschaftlichen Modellie
Seite 267 und 268: Abb. 2.57: Teilnehmer des Festkollo
Seite 269 und 270: y eine Messkampagne an 40 Säkularp
Seite 271 und 272: nen aus Modellrechnungen, mit welch
Seite 273 und 274: kurz bevor geomagnetische Jerks beo
Seite 275 und 276: Anhand von Archiven kosmogener Nukl
Seite 277 und 278: Abb. 2.68: Globale Verteilung der i
Seite 279 und 280: der linken Seite der Abb. 2.70 entn
Seite 281 und 282: Kind, R., X. Yuan, J. Saul, D. Nels
Seite 283 und 284: Zweijahresbericht 2004/2005 GeoFors
Seite 285 und 286: Department 3 Geodynamik Tektonische
Seite 287 und 288: Abb. 3.3: Datierung der Spät-Pleis
Seite 289 und 290: geführt. Ausgehend von ‚state of
Seite 291 und 292: zu setzen und Vorhersagestrategien
Seite 293 und 294: Bruchentstehung und Bruchausbreitun
Seite 295 und 296: Abb. 3.10: Oben Mitte: Ummantelte G
Seite 297 und 298: Abb. 3.15: Oben: Topographische Kar
Seite 299 und 300: Abb. 3.17: (a) Modellaufbau des num
Seite 301 und 302: Abb. 3.20 zeigt die Permeabilität
Seite 303 und 304: auch in allen diesen Fällen noch a
Seite 305 und 306: Abb. 3.26: Dokumentation eines Dür
Seite 307 und 308: Abb. 3.29: Lage des El’gygytgyn I
Seite 309 und 310: weniger (Kaltzeiten) verdünnt. Da
Seite 311: Zweijahresbericht 2004/2005 GeoFors
Seite 315 und 316: Abb.4.3:Experimentell bestimmte B-I
Seite 317 und 318: System H2O-NaCl-B 2O 3 bei 400 °C/
Seite 319 und 320: Abb. 4.9: (a) Brom-Konzentrationen
Seite 321 und 322: Abb. 4.13: Zr-, U- und Pb-Molalitä
Seite 323 und 324: Abb. 4.16: Spurenelementverteilungs
Seite 325 und 326: durch Fluide produzierten Mikrophas
Seite 327 und 328: Abb. 4.21: (a) HRTEM-Aufnahme einer
Seite 329 und 330: stark richtungsabhängig ist. Unser
Seite 331 und 332: Abb. 4.28: KTB-Lokation von einem L
Seite 333 und 334: Abb. 4.30: Horizontaler Schnitt ein
Seite 335 und 336: analysiert. Um das Verhalten der Sp
Seite 337 und 338: sehr weiten Bereich des Erdmantels
Seite 339 und 340: Abb. 4.37: Das lichtoptische Bild z
Seite 341 und 342: Abb. 4.40: (a) Zylindrische Probe e
Seite 343 und 344: Abb. 4.43: Rückgestreute Elektrone
Seite 345 und 346: Abb.4.46:Mit zunehmender Probenlän
Seite 347 und 348: nen Richtungen bestimmt. In Abb. 4.
Seite 349 und 350: Abb.4.53:Scher- und adiabatisches K
Seite 351 und 352: Abb. 4.56: Aufbau des Experiments z
Seite 353 und 354: Signaturen radiogener Isotope, v. a
Seite 355 und 356: Abb. 4.60: Nd (epsilon Nd)- und Sr-
Seite 357 und 358: Das Zentraleuropäische Beckensyste
Seite 359 und 360: chergesteine der Skagerrak-Formatio
Seite 361 und 362: Abb. 4.71: Verteilung des Salzgehal
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Abb. 4.74: Teufenplots ausgewählte
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neuester Beckenmodellierungssoftwar
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sowie die Modellierung des davon ab
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ses Modell hat jahrzehntelang Anwen
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Abb. 4.81: Lage des Untersuchungsge
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Abb. 4.84: a) 3D Modell des Norwegi
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Abb.4.86:Modellierte Druck- und Tem
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Abb. 4.88: Foto der DEBITS Bohrloka
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Abb. 4.90: Abhängigkeit der relati
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Abb. 4.94: Lage der Bohrungen im Gu
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führt. Neben dem GFZ Potsdam, Sekt
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of highly evolved tin-granite magma
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Department 5 Geoengineering Die Arb
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Abb. 5.4: Anregung seismischer Impu
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davor liegt die sog. Piora-Mulde, d
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Abb. 5.12: Versuchsdeich mit seismi
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Abb. 5.17: Verteilung von Salzstruk
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Abb. 5.20: Geologischer Schnitt dur
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Abb. 5.23: Bohrkerne aus der Weser-
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Abb. 5.27: Schema einer „Fracture
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Abb. 5.32: Epizentren katalogisiert
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Abb. 5.35: Vulnerabilitäts-(Schade
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isiko und wesentliche Teile zum Wer
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ares Verhalten in Übereinstimmung
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kreisregelung um Kegelachsen im Win
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Abb. 5.45: Beispiele für die zeitl
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Abb.5.50:Hochwasserwahrscheinlichke
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Abb. 5.53: Jährlichkeiten der Rhei
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schungsnetz Naturkatastrophen (DFNK
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Das GFZ Potsdam auf einen Blick Nam
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Gremien des GeoForschungsZentrums P
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Abb. 3: Entwicklung der Ausbildungs
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oberfläche, in den Meeren und in d
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6. Modellierung: Die Modellierung k
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• Einrichtung eines ICSU-Weltdate
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Abb. 12: Entwicklung des Massendate
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zone untersucht werden. Im Jahr 200
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zu Impaktgläsern im Bohrlochtiefst
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gen. Die OSG verwendete hierzu sowo
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sich dabei in sehr ähnlichem Umfel
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Abb. 30: Schematische Ansicht des I
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jekten und tiefen Erdbebenbeobachtu
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Prof. Dr. Günter Borm, Direktor de
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Dipl.-Min. Marcus Wigand, „Geoche
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Rayleigh wave tomography. Geophys.
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zie Delta, Northwest Territories, C
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Larter, S.R., di Primio, R. (2005):
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Müller, H.-J., Schilling, F.R., La
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Rybacki, E.; Dresen, G. (2004): Def
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Bouguer gravity anomaly. Geophys. J
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Glossar AAM Atmospheric Angular Mom
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