Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

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48 Inkaba ist ein Wort in Xhosa, das einen Zustand vollständiger Verbundenheit beschreibt. Wörtlich bedeutet es „Nabel“, den zentralen Punkt, von dem aus alle Energie, Material und Wissen ausströmen und in dem sie wieder zusammengeführt werden. Die Verbindung mit ye Africa fügt den regionalen Aspekt hinzu. Im Jahr 2003 haben deutsche und südafrikanische Geowissenschaftler ein Forschungsprogramm initiiert, um einen kegelförmigen Ausschnitt vom Erdkern bis in den Weltraum zu untersuchen, der an der Oberfläche Südafrika und die südlichen Ozeane einschließt (Abb. 1). Ziel ist es, die Entwicklungsgeschichte verschiedener Komponenten des Systems Erde über die letzten 200 Millionen Jahre hinweg nachzuvollziehen, um damit verschiedene Prozesse und deren Wechselwirkung auf unterschiedlichen Skalen zu verstehen und gleichzeitig Rückschlüsse auf Klima, Biodiversität, Naturgefahren und Rohstoffe von Afrika zu ziehen. Inkaba ye Africa ist Bestandteil einer langfristig angelegten Initiative für die Erforschung kontinentaler und ozeanischer Strukturen im südlichen Afrika, mit der ein Tab. 1: Inkaba ye Africa, Projekte und Koordinatoren Inkaba ye Africa, projects and coordinators robustes Netzwerk von Observatorien zur Erd- und Ozeanbeobachtung für die südafrikanischen SADC-Staaten (Angola, Botswana, Lesotho, Namibia, Swaziland, Südafrika, Madagaskar, Malawi, Mozambique, Tansania, Zimbabwe) errichtet werden soll. Dieses Netzwerk ist Bestandteil des UN-Millennium-Projekts und Afrikas neu aufgelegtem Programm für wirtschaftliche Entwicklung (NEPAD). Warum in Afrika? Südafrika ist eines der besten natürlichen „Laboratorien“ für das System Erde. In der Geologie Südafrikas sind einzigartig gut erhaltene Hinweise auf tektonische Bewegungen, magmatische Ereignisse und Klimaänderungen der vergangenen 3500 Millionen Jahre gespeichert. Südafrika steht gegenwärtig im Zentrum einer dramatischen Veränderung des Erdmagnetfeldes und ist bekanntermaßen die Wiege der menschlichen Zivilisation. Die ältesten bekannten kulturellen Hinterlassenschaften wurden entlang der Küste des indischen Ozeans in Südafrika gefunden und sind auf siebzigtausend Jahre vor heute datiert worden. Der südafrikanische Kontinentalrand ist umgeben von einem komplizierten Netzwerk Themes Projects Coordination: Germany South Africa Inkaba ye Africa Brian Horsfield Maarten de Wit Coordinators horsf@gfz-potsdam.de maarten@cigces.uct.ac.za Heart of Africa Earth & Ocean Monitoring Jürgen Neumeyer Ludwig Combrinck Network across southern neum@gfz-potsdam.de Ludwig@hartrao.ac.za Africa Morphology of geomag- Mioara Mandea Peter Sutcliffe netic field variations in mioara@gfz-potsdam.de psutcliff@hmo.ac.za southern Africa Epeirogenic history of Jörg Erzinger Maarten de Wit southern Africa erz@gfz-potsdam.de maarten@cigces.uct.ac.za Samuel Niedermann nied@gfz-potsdam.de Rock burst and earthquake Georg Dresen Steve Spottiswoode hazards in deep gold mines dre@gfz-potsdam.de sspottis@csir.co.za Jörg Erzinger Sue Webb erz@gfz-potsdam.de webb@geosciences.wits.ac.za Margins of Africa The Western (Atlantic) Michael Weber Coenie deBeer Margin mhw@gfz-potsdam.de coenie@geobell.org.za B. Buttkus b.buttkus@bgr.de The Southern Margin – Oliver Ritter Maarten de Wit the Agulhas-Karoo oritter@gfz-potsdam.de maarten@cigces.uct.ac.za Geoscience Transect Karsten Gohl kgohl@awi-bremerhaven.de The Southeastern Margin Wilfried Jokat Mike Watkeys (start 2007) wjokat@awi-bremerhaven.de watkeys@nu.ac.za Dredging of the Walvis Ridge, Wilfried. Jokat Anton le Roex MeteorRise – Shona Ridge wjokat@awi-bremerhaven.de aleroex@geology@uct.ac.za (start 2006) Living Africa Generation, migration and Rolando di Primio George Smith sequestration of natural gas dipri@gfz-potsdam.de gcsmith@geology.uct.ac.za Seismic stratigraphy of the Gabriele Uenzelmann-Neben South African margins uenzel@awi-bremerhaven.de Neogene-Quaternary John Compton palaeoceanography compton@geology.uct.ac.za Past precipitation pattern of Hedi Oberhänsli Tim Partridge South Africa oberh@gfz-potsdam.de tcp@iafrica.com Capacity Building and Marian Tredoux Outreach mtd@geology.uct.ac.za Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam
von Meeresströmungen, die klimatische Schwankungen ausgleichen und sich dadurch positiv auf die Entwicklung der frühesten Geschichte der Menschheit ausgewirkt haben könnten. Das südliche Afrika hat eine einzigartige ozeanographische Umgebung. Unter dem Einfluss der warmen Agulhas-Strömung und des kalten Benguelastroms entsteht eine komplizierte Mischzone (Cape Cauldron), in der warmes Wasser in den Atlantischen Ozean gelangt. Vermutlich kommt es durch diesen Mechanismus zu einem bedeutenden Wärmeaustausch zwischen der südlichen und nördlichen Hemisphäre, wobei die geologische Vergangenheit dieses Systems bisher noch wenig verstanden ist. Das im Bereich des breiten Kontinentalhangs entlang der Westküste aufwärts strömende Benguela-System ist ein Gebiet hoher Bio-Produktivität, das erhöhte organische Ablagerungen hervorruft und durch die erzeugte Dürre für den Erhalt der umliegenden Wüstengebiete verantwortlich ist. Südafrikas Tektonik ist einzigartig, was sich auch durch die ungewöhnliche stark ausgeprägte Hochebene in großer Entfernung von kompressiven Kontinentalrändern zeigt. Vermutlich ist dies das weltweit beste Beispiel von gleichzeitig stattfindender aktiver Epirogenese und innerkontinentaler Seismizität. Die Ursprünge dieses Phänomens sind allerdings kaum verstanden. Inkaba ye Africa besteht aus 12 Projekten, die auf die drei Hauptuntersuchungsgebiete, Heart of Africa (Im Herzen Afrikas), Margins of Africa (Die Kontinentränder Afrikas) und Living Africa, (Lebendiges Afrika) verteilt sind. Zentraler Bestandteil von Inkaba ye Africa sind die Themen Bildung und Öffentlichkeitsarbeit (capacity building and outreach, siehe Tab. 1). Jährliche Arbeitstreffen finden abwechselnd in beiden Ländern statt. Am letzten Treffen in Kapstadt im Mai 2005 nahmen 94 Wissenschaftler von Universitäten, staatlichen Institutionen und der Industrie teil, darunter 20 Studenten. Heart of Africa Im Projekt „Heart of Africa“ wird der Energietransfer vom Erdkern bis in den Weltraum hinein untersucht. Im Projekt COMPASS (COmprehensive Magnetic Processes under the African Southern Sub-continent) wird das Erdmagnetfeld in dieser Schlüsselregion genau vermessen, um – unterstützt durch globale Satellitenbeobachtungen des Erdmagnetfeldes – Säkularvariationen besseres verstehen und vorhersagen zu können (Hulot et al., 2002; Dormy and Mandea, 2005). Satellitendaten zeigen eine generelle Abnahme des Erdmagnetfeldes, wobei das Magnetfeld im Bereich der Südatlantikanomalie signifikant schwächer ist als in vergleichbaren Breiten der Erde. In dieser Region ist der schützende Abschirmeffekt des Erdmagnetfelds so stark vermindert, dass hochenergetische elektromagnetische Teilchen bis in Tiefen von unter 100 km in die Atmosphäre eindringen können. Kontinuierliche Beobachtungen des Erdmagnetfeldes durch südafrikanische Wissenschaftler am magnetischen Observatorium in Hermanus haben eine Abnahme des Erdmagnetfeldes um 26 % seit 1920 ergeben. Zudem ändert sich die Aus- richtung des geomagnetischen Feldes sehr schnell im südlichen Afrika. Im Nordwesten verschiebt sich die Deklination weiter ostwärts, während im Südwesten ein Westwertstrend zu beobachten ist. Durch dieses Verhalten des Magnetfelds entsteht ein räumlicher Gradient über dem Subkontinent, der im Laufe der Zeit immer größer wird. In einem anderen Projekt („Die epirogenetische Geschichte von Südafrika“) wird untersucht, ob eine Verbindung zwischen der Hebungsgeschichte des Kontinents und dem Afrikanischen „Superswell“ besteht, der vermutlich auf eine regionale Aufwölbung des Erdmantels unter dem südlichen Afrika und der umliegenden Ozeane zurückzuführen ist: Gibt es möglicherweise einen Zusammenhang zwischen diesem klassischen Beispiel für epirogenetische Hebung, Konvektion im Erdmantel und Anzeichen einer bevorstehenden Umkehr des Erdmagnetfeldes? Zur Quantifizierung der Erosions- und Hebungsgeschichte werden gegenwärtig Fissiontrack-Analysen und Datierungen kosmogen gebildeter Isotope durchgeführt. Ergebnisse von der Westküste Südafrikas zeigen, dass es dort vor 160 und 100 Millionen Jahren zu einer schnellen Hebung des Kontinents gekommen ist. Dagegen gibt es von einem 600 km langen Profil, das von der Südküste nordwärts verläuft und auch drei Tiefbohrungen einschließt, klare Hinweise darauf, dass der Cape Fold Belt vor 250 Mio. Jahren von Sedimenten bedeckt und anschließend in der Kreide wieder exhumiert wurde. Bis zu sechs Kilometer mächtige Sedimente, die einstmals den Cape Fold Belt und das Karoo-Becken überdeckten, wurden in zwei punktuellen Episoden erodiert: in der frühen Kreide (120 bis 140 Ma) und in der mittleren Kreide (80 bis 100 Ma); weniger als 15 % des Materials wurde in den letzten 80 Ma erodiert. Die beiden Exhumierungsereignisse in der Kreide fanden dabei zeitgleich mit zwei datierten Kimberlitintrusionen (Kimberlite 200 und 450) statt. Durch diese Untersuchungen ist es damit zum ersten Mal gelungen in Südafrika eine direkte Verbindung zwischen erhöhter Hebungs- bzw. Erosionsrate und einzelnen Episoden positiven Mantelauftriebs herzustellen. Um zu verstehen, inwieweit Topographie und Entwässerungsmuster darauf in jüngerer Zeit reagiert haben, werden Datierungen an kosmogenen Isotopen (Alter der Aufschlüsse an der Erdoberfläche) mittels 12 Ne in Quarz durchgeführt. Margins of Africa Ziel von „Margins of Africa“ ist es, Gründe für das Abspalten des südlichen Afrikas vom Superkontinent Gondwana und damit im Zusammenhang stehenden Auswirkungen zu erforschen. Wesentliche Bestandteile dieses Forschungsvorhabens sind eine Reihe von geophysikalischen Traversen zu Land und zur See, die über die drei verschiedenen Typen von Kontinentalrändern des südlichen Afrikas hinweg durchgeführt werden. Abb. 2 zeigt, welche der Experimente bisher schon im Bereich von zwei Kontinentalrändern stattgefunden haben. 1. Der westliche (oder Atlantische) Kontinentalrand von Südafrika ist ein klassischer vulkanischer passiver Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam 49
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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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Seite 13 und 14: GFZ beteiligt sich maßgeblich im F
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Seite 17 und 18: die Simulationen auf eine gesichert
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Seite 23 und 24: ten sind in thematischen Gruppen or
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Seite 27 und 28: so dass man hier ein komplexeres St
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Seite 31 und 32: Diskussion und Schlußfolgerungen D
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Seite 47 und 48: wurde mit den gleichen Apparaturen,
Seite 49 und 50: dung, die sich von der seismisch be
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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
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für alle geologischen Erscheinungs
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Abb. 2.51b: Sicher ist sicher! Vors
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Vor der wissenschaftlichen Modellie
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Abb. 2.57: Teilnehmer des Festkollo
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y eine Messkampagne an 40 Säkularp
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nen aus Modellrechnungen, mit welch
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kurz bevor geomagnetische Jerks beo
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Anhand von Archiven kosmogener Nukl
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Abb. 2.68: Globale Verteilung der i
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der linken Seite der Abb. 2.70 entn
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Kind, R., X. Yuan, J. Saul, D. Nels
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Department 3 Geodynamik Tektonische
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Abb. 3.3: Datierung der Spät-Pleis
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geführt. Ausgehend von ‚state of
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zu setzen und Vorhersagestrategien
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Bruchentstehung und Bruchausbreitun
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Abb. 3.10: Oben Mitte: Ummantelte G
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Abb. 3.15: Oben: Topographische Kar
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Abb. 3.17: (a) Modellaufbau des num
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Abb. 3.20 zeigt die Permeabilität
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auch in allen diesen Fällen noch a
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Abb. 3.26: Dokumentation eines Dür
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Abb. 3.29: Lage des El’gygytgyn I
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weniger (Kaltzeiten) verdünnt. Da
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Department 4 Chemie der Erde Geodyn
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Abb.4.3:Experimentell bestimmte B-I
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System H2O-NaCl-B 2O 3 bei 400 °C/
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Abb. 4.13: Zr-, U- und Pb-Molalitä
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durch Fluide produzierten Mikrophas
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stark richtungsabhängig ist. Unser
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Abb. 4.28: KTB-Lokation von einem L
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Abb. 4.30: Horizontaler Schnitt ein
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analysiert. Um das Verhalten der Sp
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sehr weiten Bereich des Erdmantels
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Abb. 4.37: Das lichtoptische Bild z
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Abb. 4.43: Rückgestreute Elektrone
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Abb.4.46:Mit zunehmender Probenlän
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nen Richtungen bestimmt. In Abb. 4.
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Abb.4.53:Scher- und adiabatisches K
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Abb. 4.56: Aufbau des Experiments z
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Signaturen radiogener Isotope, v. a
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Abb. 4.60: Nd (epsilon Nd)- und Sr-
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Das Zentraleuropäische Beckensyste
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chergesteine der Skagerrak-Formatio
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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. 5.32: 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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Abb. 5.45: Beispiele für die zeitl
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Abb.5.50:Hochwasserwahrscheinlichke
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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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Glossar AAM Atmospheric Angular Mom
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Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

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