Gegenwart und Zukunft der Geowissenschaften-

Transkript

1 Gegenwart und Zukunft der Geowissenschaften- Vom System Erde zum System Erde-Mensch Dr. Uwe Schneider Leiter Wissenschaftlicher Vorstandsbereich Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ GAIA-Jahrestreffen, 24. April 2009

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3 Weltweit erste Fernaufzeichnung eines Erdbebens 1889

4 Geodätisches Institut Potsdam, Instrumentensaal Potsdamer Schwerewert: Internationaler Referenzwert für die Erdanziehung 1909 bis 1971 rechts: Kühnen&Furtwängler-Pendel zur Messung der Erdbeschleunigung

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6 Träger Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ Bundesministerium für Bildung und Forschung, (BMBF): 90 %, Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur des Landes Brandenburg, (MWFK): 10 % Beschäftigte 939, davon 333 Wissenschaftler, 112 Doktoranden und 29 Gastwissenschaftler (Stand März 2009) Jahresetat 44 Mio. Programm-Förderung (2008) 30 Mio. Drittmittel (2008) Seit Gründung 1992 Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft

7 Helmholtz-Gemeinschaft: Zahlen und Fakten Helgoland List Greifswald Bremerhaven Hamburg Geesthacht 16 Forschungszentren mit 250 Instituten Braunschweig Wolfenbüttel- Remlingen Berlin Potsdam Zeuthen Magdeburg Teltow Niemegk Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Jülich Köln Bonn Göttingen Bad Lauchstädt Halle Leipzig Wissenschaftler (ohne Doktoranden) Doktoranden Budget: 2,8 Milliarden Euro Darmstadt Heidelberg Lampoldshausen Karlsruhe Stuttgart Neuherberg Oberpfaffenhofen Garching München Helmholtz-Zentrum Zweigstelle

8 Helmholtz-Forschungsbereiche Energie Erde und Umwelt Gesundheit Schlüsseltechnologien Struktur der Materie Verkehr und Weltraum Programme im Forschungsbereich "Erde und Umwelt" Geothermie CO 2 - Speicherung Geosystem: Erde im Wandel Atmosphäre und Klima Polarregionen und Küsten Terrestrische Umwelt

9 Das System Erde Geosphäre Hydrosphäre Kryosphäre Atmosphäre Biosphäre Erforschung des Systems Erde in einem fachübergreifenden Forschungsansatz

10 Erdsystembeobachtung/Erdsystemanalyse Messungen satellitengestützt flugzeuggestützt bodengestützt

11 Satellitenmissionen des GFZ Mond (20??) GFZ 1 (1995) Mini- Satelliten CHAMP (2000) GRACE (2002) EnMAP (2012) SWARM (2011) GOCE (2009) TerraSAR-X (2007) TanDEM-X (2009)

12 Potsdamer Schwerekartoffel

13 Global sea level trends (01/1993 to 12/2007) from Topex and Jason-1 satellite altimetry Esselborm 2008 Global mean trend (from 60 S to 60 N): ca. 3 mm/year

14 Kontinentaler Wasserhaushalt, saisonale Variation A. Helm, GFZ 2005 April, August, November 2003 und Februar 2004

15 EnMAP - Hyperspektralsensor EnMAP Flughöhe: 644 km Bodenauflösung: 30 x 30 m Streifenbreite: 30 km Management von Landwirtschaft und Wald- Ökosystemen Risikoabschätzung ARES Flughöhe: 1-5 km Bodenauflösung: 2 x 2 m bis 10 x 10 m Stadtentwicklung Binnengewässer Parameter Extraktion und Modellierung Fernerkundung Kooperations- Netzwerk GFZ DLR Desertifikation

16 Multi- versus hyperspektral / Potentiale Multispektral Hyperspektral N Chlorit Kalzit Dolomit Alunit Gips Kaolinite Feste Bänder Kontinuierliche Bänder appr. 1 km Makhtesh Ramon/Israel color composite of bands 1, 20, 48 Fernerkundung

17 Erdmagnetfeld Beispiel Südatlantik-Anomalie Magnetische Feldstärke an der Erdoberfläche [nt] Magnetfeldänderung über 25 Jahre ( )

18 Geomagnetische Observatorien Regionale Messungen Deutsches Säkularpunktnetz GFZ-Observatorien: Niemegk Wingst Fürstenfeldbruck Änderung der magnetischen Missweisung/Deklination Blau: negative Deklination Rot: positive Deklination

19 Erdmagnetfeld: Schutzschild vor kosmischen Strahlen Quelle: NASA

20 Erdmagnetfeld in verschiedenen Skalen CHAMP HALO Paläomagnetisches Labor

21 Kontinentaldrift Entstehung des Atlantiks Gondwana-Superkontinent vor ca. 200 Mio. Jahren Plattenkonfiguration heute

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23 Indien ein dynamischer Kontinent Kind, 2007

24 Die Erde im Labor Geodynamik der Kruste und des Mantels 1 mm Diamantstempelpresse Mn-Verteilung von Fe-reichem Granat (blau) ersetzt durch Mn-reichem Granat (grün/gleb) während Hochdruck-, Niedrigtemp.-Metamorphose

25 Tiefe Biosphäre Leben im Untergrund Eingefärbte Bakterien der Tiefen Biosphäre Kohlefragmente eine potentielle Nahrungsquelle für mikrobielles Leben in der Tiefe (Huntley-Bohrung, Neuseeland)

26 Organische Geochemie Abbau von Erdöl Anaerobe Bakterien fressen Erdöl

27 Globale Verteilung des Erdbebenrisikos Georisiken Beispiel Landslides

28 Erosional surface W 22At 18At 17At Orange Basin - 2D Seismic Mapping E Occurrence of gas leakage sites: on shallow shelf area at m waterdepth 16Dt 16At 15At At 13At 6At Aptian /Albian source Seismic expression of gas leakage sites (bright spots, seismic blanking) Waterdepth (TWT)

29 Georisiken Überschwemmungen

30 Automatic GEOFON Global Seismic Monitor

31 Tsunami-Frühwarnsystem Warning Centre Seismometer Capacity Building Pressure Sensor, Ocean Bottom Seismometer GPS Station Tide Gauge GPS Buoy

32 Plate Boundary-Observatorien Chile/Türkei Global Change-Observatorien Südafrika/Zentralasien

33 Global Change-Observatorium Zentralasien Aralsee Desertifikation Verlust der Biodiversität Fluten Hangrutschungen Erdbeben

34 Datierung und Synchronisierung hochauflösender Geoarchive Herausforderung: Identifizierung regionaler Muster GCO Zentralasien

35 Hochpräzise Stechbohrkerne Jahre Klimawandel

36 Climate Change warm t~4 C MWP Age (kyr) Glacial/Interglacial ~3yrs ~6yrs change warm t ~8 C! cold LIA Holocene t~12 C cold

37 Klimasystemforschung Mitigation + Adaptation

38 InnovaRig Eine innovative Bohranlage für Forschung und industrielle Anwendungen - Bohrtiefe bis 5000 m GFZ Fa. Herrenknecht Vertical

39 18 Partner 9 Länder CO 2 SINK-Projekt bei Ketzin CO 2 -Speicherung und Monitoring

40 GFZ-Geothermielabor Groß Schönebeck

41 GFZ-Geothermielabor Groß Schönebeck Leistungstest Oktober 2007 Gefördertes Thermalwasser

42 Regenerative Energie: Geothermie + Biomasse Kraftwerksprozess GFZ-Geothermielabor Groß Schönebeck

43 Tunnelseismik: Integrated Seismic Imaging System (ISIS)

44 Tunnelseismik am Loch Ness

45 Ressourcen und Rohstoffe Bevölkerungswachstum und Urbanisierung

46 Vom System Erde zum System Erde-Mensch System Erde Geosphäre Hydrosphäre Biosphäre Atmosphäre Georisiken Erdbeben Vulkanismus Überschwemmungen Georessourcen Mineralische Rohstoffe Energierohstoffe Wasser Boden System Erde-Mensch Geosphäre Hydrosphäre Biosphäre Atmosphäre Anthroposphäre (Lebensraum des Menschen, human habitat) Umweltbelastungen

47 DFG-Verbundforschung zum Thema Bergbaufolgelandschaften/Landschaftsentwicklung an der BTU Cottbus Innovationskolleg "Ökologisches Entwicklungspotential der Bergbaufolgelandschaften im Lausitzer Braunkohlerevier" Übergangsfinanzierung Sonderforschungsbereich 565 Entwicklung und Bewertung gestörter Kulturlandschaften. Fallbeispiel Niederlausitzer Bergbaufolgelandschaft SFB/ Transregio Virtuelles Institut BTU/GFZ DFG- Graduiertenkolleg 2

48 SFB-Transregio 38 Strukturen und Prozesse der initialen Ökosystementwicklung in einem künstlichen Wassereinzugsgebiet BTU Cottbus TU München ETH Zürich

49 Gemeinsames Untersuchungsgebiet (1) unmelioriert, unbepflanzt Erosionsschutzbepflanzung Erosionsschutzbepflanzung Breite ca. 150 m Sand (quartär) mind. 2 m max. Höhenunterschied ca. 11 m Ton (1-2 m) Basisschüttung Tagebau Welzow-Süd: Quellgebiet Hühnerwasser schematischer, unmaßstäblicher Querschnitt (stark überhöht) 13

50 5 Tagebau Welzow-Süd: Quellgebiet Hühnerwasser

51 Aufbau des Einzugsgebietes Deckschicht Tonschicht Basisschüttung 5

52 Gemeinsames Untersuchungsgebiet (2) ca. 130 m ca. 450 m ca. 60 m Aufnahme VEM August 2005 (Blickrichtung: NW) Abschluss Bauarbeiten 14

53 Gemeinsames Untersuchungsgebiet (3) Zaun Aufnahme Hubschrauberbefliegung September 2006 (Blickrichtung: SE) Zustand nach einem Jahr 15

54 Gemeinsames Untersuchungsgebiet (7) Dokumentation von Oberflächenstrukturen auf verschiedenen Maßstabsebenen Befliegung Hubschrauber (09/06) Orthofoto VEM (08/06) 19

55 Vergleichsstandorte (II) - Binnendünen Bodenkarte Brandenburg (Quelle: LBGR) Lieberose Jüterbog Glashütte 26

56 Helmholtz Allianz Geopedologie Ziele Rückführung der Boden- in die Geowissenschaften als Fach sui generis: Erforschung der grundlegenden Prozesse zu Bodenbildung und Bodenfunktionen Bündelung geo-/pedowissenschaftlicher Kompetenz (plus) Verstärkung der Aufmerksamkeit für Georessourcen grundlagenorientierte Erforschung der Prozesse und Strukturen der Böden und ihrer Ausgangssubstrate

57 Helmholtz Netzwerk Boden Ziele Weiterentwicklung der Bodenwissenschaften als Fach sui generis Erforschung der grundlegenden Prozesse und der Interaktionen an der Schnittstelle Lithosphäre und Pedosphäre (Blickwinkel: Geologisches Ausgangssubstrat) Bündelung der boden- und geowissenschaftlichen Kompetenz Erhöhung der Aufmerksamkeit für die Georessource Boden

58 Bodenchemie Bodenchemie Geologie der Erdkruste/ Geomorphologie/ Geopedologie Geologie der Erdkruste/ Geomorphologie/ Geopedologie Boden- Biologie/ Mikrobiol ogie Boden- Biologie/ Mikrobiol ogie Bodenwasser/ Bodenhydrologie Bodenwasser/ Bodenhydrologie Permafrostböden Permafrostböden Bodenluft Bodenluft GFZ UFZ GFZ UFZ FZK FZK FZJ UFZ GFZ FZJ UFZ GFZ HMGU GFZ FZK HMGU GFZ FZK AWI AWI UFZ FZJ UFZ FZJ Helmholtz Expertise zu Georessource Boden Im zweiten Schritt weitere Vernetzung Im zweiten Schritt weitere Vernetzung Bodenphysik Bodenphysik UFZ UFZ Boden Boden

59 Beiträge der Geopedologie Helmholtz Netzwerk Boden Oberflächennahe Geoprozesse/ Prozesse der Erdoberfläche/ Geomorphologie Landschaftsentwicklung und Paläoklima (Paläoböden) Georisiken/ Naturgefahren Georessourcen und materialien Fernerkundung und Observatorien

60 Erde im Wandel beobachten, analysieren, quantifizieren, vorhersagen Geodynamik Globale Prozesse Auswirkungen verstehen Risiko minimieren Klimaveränderungen Naturkatastrophen GeoEngineering Lebensraum entwickeln Zukunft der Menschheit Geowissenschaften als Leitwissenschaften der kommenden Jahrzehnte 60