ALBERT

Description: Gashydrate sind natürlich vorkommende feste Verbindungen aus Wasser und Gas, deren Erschließung als zukünftige Energiequelle von Interesse ist. Für die bohrtechnische Erschließung mariner Gashydratlagerstätten ist eine leistungsfähige Bohrspülung notwendig. Das vom Bohrmeißel gelockerte Sediment und darin enthaltenes Gashydrat werden durch die Bohrspülung nach übertage transportiert. Die Gashydratpartikel verlassen beim Aufsteigen im Ringraum in ca. 300 m Wassertiefe ihren Stabilitätsbereich und dissoziieren in Wasser und Gas. Um eine Verdünnung und eine Dichteerniedrigung der Bohrspülung zu verhindern, soll das Gashydratbohrklein stabilisiert werden. Gleichzeitig darf sich in der Bohrspülung bei Anwesenheit von freiem Gas in der Lagerstätte kein neues Gashydrat bilden. Die Arbeit beschäftigt sich mit der Suche nach Additiven, welche die Gashydratneubildung und -dissoziation gleichzeitig hemmen. Es wurde ein Schüttelautoklav genutzt, um die Dissoziationstemperatur von Methanhydrat bei ca. 85 bar zu ermitteln und die Verzögerung des Hydratzerfalls bei Anwesenheit verschiedener Additive zu vergleichen. Es konnte ein Additiv gefunden werden, das diese Anforderungen erfüllt. Des Weiteren wurden neue rheologische Untersuchungsprogramme für verschiedene Spülungstypen erarbeitet, die eine detaillierte Charakterisierung der Fließfähigkeit, Thixotropie und Geleigenschaften von Bohrspülungen erlauben.

Description: Aus einer Analyse des Standes und der Grenzen von Astasierungen in Seismographensystemen wird ein Vorschlag für eine dynamische Astasierung abgeleitet. Diese wird theoretisch untersucht und für eine Anwendung auf einem Rechner modelliert. Eine Erhöhung der Eigenperiode Ts auf ca. 5 Ts für den Nutzsignalbereich ist erreichbar, Die Anwendung auf andere mechanische Schwinger ist möglich.

Description: Nach einführenden Betrachtungen über die Definition der Zeiteinheit, die Bereitstellung von Zeitskalen und die dabei zu berücksichtigenden relativistischen Effekte werden im 2. Abschnitt die Anforderungen moderner geodätischer Meßverfahren an die Zeit- und Frequenzmaßtechnik abgeleitet. Das Prinzip dieser Verfahren besteht darin, Entfernungen aus der Messung von Signallaufzeiten bei bekannter Lichtgeschwindigkeit und Entfernungsänderungen z. B. über den Dopplereffekt aus Frequenzänderungen zu bestimmen. Dabei werden hohe Anforderungen an die Zeit- und Frequenzmaßtechnik gestellt. Die aus der Analyse dieser Verfahren abgeleiteten Werte sind in einer Tabelle zusammengefaßt worden. Die hohen Anforderungen und die zu erwartende Entwicklung weiterer Varianten geodätischer Meßverfahren waren Anlaß dafür, den Entwicklungsstand der Zeit- und Frequenzmeßtechnik sowie erkennbare Tendenzen der Weiterentwicklung grundlegend zu analysieren und darzustellen. Im 3. Abschnitt werden deshalb Frequenznormale und die Messung ihrer Instabilität, Verfahren zum Zeitakalenvergleich, Verfahren zur Übertragung von Normalfrequenzen sowie Verfahren zur Zeitintervallmessung untersucht. Der im 4. Abschnitt durchgeführte Vergleich mit den Anforderungen moderner geodätischer Meßverfahren zeigt, daß deren Leistungsfähigkeit durch den Stand der Zeit- und Frequenzmeßtechnik nicht beeinträchtigt wird.

Description: Die im Norddeutschen Becken vorkommenden hochsalinaren, heißen Tiefenwässer besitzen ein beträchtliches Wärmepotential, das bisher in Neustadt-Glewe, Neubrandenburg und Waren zur Energiegewinnung genutzt wird. Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand zum einen darin, die Herkunft und die Genese dieser Solen und der in ihnen gelösten Stoffe zu rekonstruieren. Ein zweiter Schwerpunkt bestand in der Ermittlung geochemischer Parameter, die für einen problemlosen Langzeitbetrieb geothermischer Anlagen und somit für deren Wirtschaftlichkeit von Bedeutung sind. Die untersuchten Solen stammten aus Aquiferen, die durch fünf Bohrungen (Neubrandenburg, Waren, Rheinsberg, Neustadt-Glewe, Hamburg-Allermöhe) in Tiefen von 1250 bis 3250 m (54 bis l28°C) erschlossen wurden. Alle untersuchten Na-Cl-Solen wurden aus Sandsteinaquiferen des Keuper (Contorta!Postera-Schichten) gefördert, für die mit zunehmender Tiefe steigende TDS-Gehalte (134 bis 224 g/1) charakteristisch sind. Die Zusammensetzung der gelösten Feststoffe blieb über einen Zeitraum von 3 Jahren konstant. Die Br/CJ-Verhältnisse der Solen sind kleiner als in eingedampftem Meerwasser. Dies und 811B-Werte von +23.8 %o bis +36.3 %o indizieren die Herkunft des Salzgehaltes durch Auflösung/Laugung von Salzen. Das Gas-Wasser-Volumenverhältnis in Proben geothermisch genutzter Solen liegt bei max. 1:10. Die Gasphase wird von C02, N2 und CH4 dominiert, wobei der Gehalt an C02 und CH4 mit der Tiefe zunimmt. Als Spurengase treten He, Ar, H2 und weitere Kohlenwasserstoffe auf (jeweils 〈1 Vol.-%). Die Gasphase des Thermalwassers Neustadt-Giewe zeigte über einen Zeitraum von 2 Jahren keine Änderung in ihrer Zusammensetzung. Periodische Schwankungen in sehr kleinen Konzentrationsbereichen während einer mehrtägigen Gasmeßkampagne korrelieren mit den Erdgezeiten. Die N2-Ar-He-Verhältnisse zeigen, daß es sich um tiefzirkulierende Oberflächenwässer handelt. Untermauert wird diese Interpretation durch die sehr niedrigen 3HefHe-Verhältnisse (R!Ra:S;O.Ol), die keine Mantelheliumkomponente anzeigen, sowie die gegenüber Luft (295.5) leicht erhöhten 40 Ar/36 Ar-Verhältnisse von bis zu 367.5. He-Akkumulationsalter als scheinbare Verweildauer der Solen von 20 bis 50 Ma wurden berechnet. Das Tiefenwasser von NeustadtGiewe besaß gegenüber den anderen Lokationen erhöhte Kohlenwasserstoffgehalte. Die 813C1,2,3- Werte weisen auf thermogenetische Kohlenwasserstoffe und auf ein marines Ausgangsmaterial mit einer Reife, die einer Vitrinitreflektion von etwa 1.2 % entspricht, hin. Die Herkunft aus Corgreichen Zechstein-Sedimenten ist wahrscheinlich, organisches Material des wesentlich tiefer liegenden Karbons scheidet als Quelle aus. Die 8180- und öD-Werte der Wässer zeigen an, daß meteorisches Wasser bei der Genese eine bedeutende Rolle gespielt hat. Die ermittelte isatopische Zusammensetzung der meteorischen Komponente weicht von heutigen Niederschlagswässern ab und weist einen letztmaligen Kontakt mit der Atmosphäre zu einer Zeit deutlich wärmeren Klimas als das heutige nach. Die in einem Thermalwasser vorhandenen Gase können die technologische Eignung der Sole und den Betrieb einer geothermischen Anlage maßgeblich beinflussen (Scaling, Auftreten brennbarer Gase, Entlösung von Gasen). Bei Vorhandensein Corg-reicher Sedimente nimmt die Wahrscheinlichkeit des Auftretens brennbarer Gase in Wässern aus größerer Tiefe, die durch ihre höhere Temperatur wirtschaftlicher sind, zu. Um die Entgasung eines Tiefenwassers innerhalb einer Anlage zu verhindem und somit Scaling und unkontrolliertes Entgasen zu minimieren, wurde anhand Literaturdaten exemplarisch für den Thermalwasserkreislauf der Anlage Neustadt-Giewe (Sole mit den höchsten Gasgehalten) ein Mindestanlagendruck berechnet. Danach sind etwa 2 bar ausreichend, um ein Entgasen der Sole zu verhindern; Strömungseffekte erfordern jedoch eine Erhöhung des Anlagendrucks auf etwa 4 bar. Die zeitliche Konstanz in der Zusammensetzung der gelösten Feststoffe und der Gasphase über einen Zeitraum von 2 bzw. 3 Jahren zeugt von einer relativ großen räumlichen Homogenität der Aquifere, wodurch der Betrieb der Anlagen durch Änderungen in der chemischen Zusammensetzung der Solen kaum gefährdet zu sein scheint. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit haben gezeigt, daß sowohl bei der hydrodynamischen Vorerkundung als auch während des Betriebes eines geothermischen Heizwerkes die genaue Kenntnis der Gasmengen und der Gaszusammensetzung von entscheidender Bedeutung ist.

Description: Deep seated hydrothermal brines in the North German Basin have a considerable heat potential, which is currently used for geothermal energy recovery in Neustadt-Glewe, Neubrandenburg and Waren. One aim of this study was to reconstruct the origin of these brines and their dissolved substances. Another goalwas to determine geochemical parameters which are critically influence the long-term operation, and hence the econornic viability of geothermal plants. The brines come from aquifers which have been accessed by 5 boreholes (Neubrandenburg, Waren, Rheinsberg, Neustadt-Glewe, Hamburg-Allermöhe) in depths from 1250 to 3250 m (54 to 128 °C). All investigated Na-Cl-brines were produced from sandstone aquifers of the Keuper (Contorta!Postera layers). Typically, TDS-values (134 to 224 g/1) increase with depth. The compositions of the dissolved solids were constant during 3 years. The Br/Cl ratios of the brines are lower than evaporated sea water. This, and 811B-values of +23.8 %o up to +36.3 %o indicate dissolution/leaching of salt as the origin of the salt content. The gas-water volume ratio of samples from brines used for geothermal energy recovery are less than around 1:10. The gas phase is dorninated by C02, N2 and C~ with higher C02- and C~ contents with increasing depths. He, Ar, H2 and other hydrocarbons exist as traces ( 〈1 vol.% each). The gas phase of the thermal water from Neustadt-Giewe showed no changes in its composition during 2 years. Small · periodical variations in the concentrations obtained from gas monitaring over several days correlate with the earth tides. The N2-Ar-He ratios show that the waters are deep-circulating meteoric waters. This interpretation is supported by very low 3HefHe ratios (R!Ra:S;O.Ol), which show no mantle helium, and 40 ArP6 Ar ratios up to 367.5, which are slightly enhanced compared to air (295.5). He accumulation ages, taken as the apparent residence time of the brines, were calculated to be 20 to 50 Ma. Compared to the other locations the formation water from Neustadt-Giewe contained enhanced hydrocarbon contents. The 813C1,2,3 values point to thermogenic hydrocarbons and to a marine source rock with a maturity corresponding to about 1.2 % vitrinite reflectivity. An origin from Corg-rich Zechstein sediments seems probable, organic material from significantly deeper-seated Carboniferous formations can be ruled out. The 8180 and ÖD values of the waters confirm that meteoric water played an important role in the brine genesis. The determined isotopic composition of the meteoric component deviates from recent precipitation and indicates a last contact with the atmosphere at a time when climate conditions were significantly warmer than today. Gases dissolved in thermal waters can significantly affect both the technological suitability of a brine and the operation of a geothermal heat plant (scaling, degassing, occurence of flammable gases). If Corg-rich sedimentary rocks occur, the probability of the occurence of flammable gases increases in waters from larger depths, which are more economic due to their higher temperature. The pressure needed to prevent degassing inside a plant and thus to rninirnize scaling and uncontrolled degassing was calculated for the example of the thermal water cycle at Neustadt-Giewe (brine with the highest gas content). About 2 bars are sufficient to prevent degassing; however, flow effects require increasing the pressure up to about 4 bars. The constant composition of both the dissolved solids and gases over a period of 2 to 3 years is a sign of a relatively large spatial uniformity of the aquifers. Therefore the continuous operation of the plants seems unlikely to be endangered by a change in the chernical composition of the brines. The results of this study have shown that during the hydrodynarnic reconnaissance as weil as during the operation of a geothermal heat plant, precise knowlegde of the gas concentration is of essential importance.

Description: Zeitbereichs-IP ist eine Standardmethode in der Mineralexploration (Zonge, 1976) und wird vorwiegend angewendet, um die Widerstands - und Aufladbarkeitsverteilung des Untergrundes aufzulösen (z.B. Wynn, 1978). Nach wie vor die am häufigsten angewandte Methode ist die Integration der Fläche unter dem Zerfallssignal. Diese Integration wird in der Regel bereits in der Messapparatur vorgenommen, so daß der Anwender lediglich die Werte für die Aufladbarkeit und den Widerstand erhält. Die Benutzung einer Aufzeichnungsapparatur für die LOTEM Methode (siehe Strack, 1992) erlaubt die Verarbeitung des Zerfallssignales als Zeitreihe. Diese Zeitreihe kann gefiltert, gestapelt und anschließend modelliert/invertiert werden. Die Modellrechnung bzw. Inversion erfolgt mit einem veränderten Zeitbereichs EM Programm, welches auf die komplexe Cole-Cole Leitfähigkeit erweitert wurde (siehe Cole & Cole 1941). Die Inversion wird nach der Marquart Methode durchgeführt (siehe auch Inman, 1975 und Glenn, 1973).

Description: Im Rahmen eines von der BGR bearbeitete ein FuE-Vorhaben „Pilotstudie zu einer aerogeophysikalischen Landesaufnahme" fanden 1999/2000 aerogeophysikalischen Messungen nordwestlich des Harzes im Messgebiet „Rhüden - Lutter a. B." statt. Das Messgebiet umfasst eine Fläche von etwa 200 km2, von denen etwa die Hälfte eine bis zu 50 m mächtige Quartärbedeckung aufweist. Auf Basis der AEM-lnversionsergebnisse lassen sich aufgrund ausreichender Widerstandskontraste verschiedener mesozoischer Schichten im Messgebiet die (Quartär-abgedeckte) Geologie mit den flach bis halbsteil einfallenden Schichten in den Horizontal- und Vertikalschnitten klar erkennen. Dabei treten besonders die harten Kalksteine des Unteren Muschelkalk und der Oberkreide sowie die Sandsteine der Unterkreide (Hilssandstein) durch hohe spezifische Widerstände (p 〉 200 Qm) und die weichen Tonsteine des Oberen Buntsandstein (Röt) und des Unteren Jura sowie die Mergelsteine des Mittleren Keuper und der Oberkreide (Coniac) durch niedrige spezifische Widerstände (p 〈 20 Qm) hervor. Aufgrund der Zuordnung der Gesteinsschichten zu den Modellschichten des spezifischen Widerstandes war es möglich, die durch mächtige Quartärablagerungen verhüllten Störungszonen zu kartieren.

Description: Die Entwicklung der Geoelektrik-Apparatur SIP-256 zur Bestimmung der komplexen elektrischen Leitfähigkeit fand im Rahmen des Graduiertenkollegs „Archäologische Analytik" statt. Ziel ist es, innerhalb dieses DFG-Projekts, die Polarisierbarkeit als einen weiteren bodenspezifischen Parameter in der archäologischen Prospektion zu etablieren, aber auch grundsätzlich die Auflösbarkeit oberflächennaher 3D-Objekte in der Geoelektrik zu untersuchen. Die ersten Messungen beschränkten sich auf das Labor bzw. auf bereits bekannte archäologische Strukturen. Mit der Anwendung verschiedener Elektrodenanordnungen sollte zunächst die Tiefenauflösung der jeweiligen Meßkonfiguration untersucht werden. Ziel war es außerdem, die Reproduzierbarkeit der physikalischen Parameter, sowie die Position der Strukturen in der anschließenden Inversion zu überprüfen. In dem vorliegenden Beitrag sollen die ersten Ergebnisse dieser Untersuchungen vorgestellt werden.

Description: Since the early days of Deep Biosphere research almost 100 years ago, this research field has gained momentum over the last 30 years. Much new information could be gained, some of it challenged our concepts about the limits of life and the mechanisms of global biogeochemical cycles. Besides the scientifically motivated questions, there are many applied aspects that play a major role in this research area. Industrial utilization of the deep subsurface is rapidly increasing, and decisions about utilization concepts require a profound knowledge about the processes that control these environments. Much of this process understanding is still lacking. Additional to research on processes, GFZ cultivates previously unknown microbes from deep biosphere environments. These organisms allow studying the adaptations to the peculiar environmental conditions and isolation of novel biomolecules with potential biotechnological applications.

Description: The water cycle is of paramount importance to human society: shortage of water and intensive droughts have been linked to the downfall of ancient civilizations. At the same time water is an important agent of change on the Earth’s surface, removing and transporting vast amounts of sediments from their source to marine sinks. As such, water is the basis of life as well as a pacemaker of the biogeochemical cycles, such as the carbon cycle. Short-term, abrupt changes (101 to 103 years) in the water cycle have the potential to threaten human societies directly, while long-term changes can affect the global biogeochemical cycles, in particular the carbon cycle. In the Organic Surface Geochemistry Lab (Section Geomorphology) of GFZ we are using biomarker based molecular methods a) to understand the drivers of change in the short-term water cycle during past, abrupt climatic changes; and b) to investigate processes that determine the erosion, transport and burial of organic carbon into long-term geological sinks – processes which are responsible for the relatively stable climatic conditions which have allowed the sustainment of life on Earth. By combining paleoclimatic, geomorphological and organic-geochemical approaches we gain new insights into the stabilizing and destabilizing factors, that control the water and the carbon cycles over various geological timescales.

Description: The Earth and its surface are tightly linked to the global climate system by turbulent exchange fluxes of energy and matter, for example greenhouse gases. This is true both for “deep Earth” geologically generated heat or gases reaching the surface and those of biogenic origin in the near-surface environment. For a better understanding of Earth-atmosphere interactions and in particular their feedbacks, the Helmholtz Young Investigators Group TEAM at GFZ studies the surface-atmosphere exchange of heat, water vapor, carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) on a range of temporal and spatial scales – from hours to years and from 〈 1m² to more than 10 000 km². A regional focus is on degraded peatlands. While natural peatlands play a central role in the climate system as major carbon sink storing twice the amount of carbon that is contained in the Earth’s forests, a large fraction of the world’s peatlands has been drained for agriculture and subsequently lost that carbon storage capacity. Drained and degraded peatlands are significant and longterm carbon dioxide sources and thus contribute to further climate warming. In NE Germany, up to 20 % of the overall carbon dioxide emissions are from drained peat and a tool in reducing national greenhouse gas emission is therefore the re-wetting of peatlands to restore their natural carbon sink capacity. TEAM monitors the long-term greenhouse gas dynamics in such re-wetted sites and investigates the underlying processes and spatiotemporal drivers of the dynamics.

Description: The relationship between gas hydrates, microorganisms and the surrounding sediment is extremely complex. Microorganisms can either act as producer or consumer of organic compounds. By converting organic matter microorganisms produce methane and therefore provide the prerequisite for gas hydrate formation. In natural environment clay minerals immobilize the substrates feeding the methane producing microorganisms. As a result of microbial activity gas hydrates are surrounded by a great variety of organic compounds which are not incorporated into the hydrate structure but influence the formation process. Through anaerobic metabolic activity special bacteria produce biosurfactants which were found to enhance the hydrate formation process significantly and act as nucleation centres. Another source of organic compounds is sediment organic matter (SOM) originating from plant material or animal remains which may also enhance hydrate growth. On the other hand methane is an energy source for special microbial methanotroph communities growing either aerobically or anaerobically. In sediments containing oxygen this methane will be oxidized into carbon dioxide. In the lower parts of the sediment methane originating from gas hydrates is oxidized anaerobically into bicarbonate by methanogenic archaea and sulphur reducing bacteria. In presence of dissolved calcium bicarbonate precipitates as calcium carbonate und forms carbonate crusts within the upper sediment layers of the sea floor.

Description: In recent years a widely disseminated microbial deep biosphere was discovered in the subsurface of the Earth. This finding opens the view to a fascinating new world under our feet and forms a new topic in modern microbiology and geoscience research. With its recognition the curiosity arises how these deeply buried microorganisms are able to survive in the deep subsurface. Important questions concerning theses survivalists are: what are the carbon and energy resources of these microbial ecosystems, what are the biotic and abiotic processes of substrate provision and what is the role of the deep biosphere in the organic matter transformation in the geological subsurface carbon cycle? The topic concerning the feedstock for deep microbial life forms the core of the deep biosphere research in Section Organic Geochemistry at GFZ German Research Centre for Geosciences.

Description: Als erstes Arbeitsergebnis legt die Ad-hoc-AG Open-Access-Gold dieses Positionspapier vor. Es richtet sich an wissenschaftliche Einrichtungen, die sich aktiv mit Aspekten des Open-Access-Publizierens befassen und bündelt und bewertet die Anforderungen an Verträge nach dem Publikationskostenmodell. Darüber hinaus greift es die Verknüpfung von Subskription und Open Access auf und gibt den adressierten Institutionen Anregungen zur Gestaltung ihrer Open-Access-Strategien. Das Ziel ist es, im Bereich des wissenschaftlichen Publizierens Transparenz und Nachhaltigkeit im Sinne der Wissenschaft herzustellen und die Perpetuierung früherer Fehlentwicklungen zu vermeiden.

Description: In our meeting Dynamic Earth – from Alfred Wegener to today and beyond we will review how Wegener‘s findings evolved into to modern Earth system science including its impact on climate and the Earth surface, and how this system affects our daily life: where humans live, what risks we are exposed to, where we find our resources. In the meeting we will hold sessions that cover the entire geoscience spectrum (from mineral physics over solid earth geodynamics to the climate sciences) and that explore the consequences of Wegeners findings on how humans use our planet today (from energy and mineral resources over georisks to utilisation of the subsurface and materials for modern society). We have invited keynote speakers that are eminent international scientists in these fields. In events open to the general public we will get an account of Wegeners final trip to Greenland on the history of science of his hypothesis.

Description: Nach den Ergebnissen einer rund 17 km langen, N-S über die penninischen Fenster von Bernstein und Rechnitz-Köszeg verlaufenden Tiefenreflexionsseismik Iässt sich die Erdkruste am Alpenostrand allgemein in eine seismisch transparente Oberkruste und eine reflektive Unterkruste unterteilen. In der Oberkruste deuten Bänder bzw. Zonen erhöhter Reflexionsdichte auf eine interne Strukturierung des Penninikums hin. Die Tiefe und der Verlauf der Basis des Penninikums konnte aufgrund der geringen Untergrundüberdeckung und aufgrund des fehlenden Anschlusses an eine Tiefbohrung nicht eindeutig festgelegt werden. Nach einer der diskutierten Möglichkeiten würden dem Penninikum zugeordnete Einheiten im Bereich des penninischen Fensters von Bernstein bis in eine Tiefe von rund 7 km reichen und unmittelbar südlich des Fensters von Rechnitz-Köszeg mit rund 20° südlich einfallen. Ab einer Tiefe von etwa 18 km zeichnet sich eine äußerst reflektive, durch „reflexionsärmere" Zonen unterteilte Unterkruste ab. Im nördlichen Teil des Profils legen ausgeprägte Reflexionen großer Amplitude die Erdkrusten-Mantelgrenze eindeutig bei 10,4 s (33 km ±1,5) fest. Im südlichsten Profilabschnitt spricht ein typisches Abklingen der Unterkrustenreflexionen für eine Positionierung der „Moho" bei rund 9,9 s (30,5 km ±1,5). Allgemein weist neben der reflexionsseismisch gut ausgebildeten Mohorovicic-Diskontinuität speziell die Reflexionscharakteristik der Unterkruste auf eine in geologisch junger Zeit gedehnte Erdkruste hin.

Description: Das Gebiet zwischen Rheinischem Schiefergebirge und Fränkischem Schichtst ufenland bis hinauf zur Norddeutschen Tiefebene war in den letzten zwei Jahrzehnten oft Gegenstand elektromagnet ischer Messungen. Durch zahlreiche Diplom- und Doktorarbeiten und nicht zuletzt durch die im Rahmen des Eifel-Projektes (LEIBECKER 2000) durchgeführten Messungen liegen Daten von insgesamt 51 Stationen vor. Im Sommer 1999 und 2000 wurde in Feldexperimenten mit 12 Magnetotellurik(MT )Stationen dieses Meßnetz erweitert (Abb.l) . Durch die gemeinsame Interpretation dieser 63 Stationen kann erstmals eine Aussage über die großräumige Leitfähigkeitsverteilung des oberen Mantels unter dem Meßgebiet getroffen werden.

Description: 3D-Modellrechnungen haben erst in den letzten Jahren eine größere Bedeutung erlangt, da die hierfür benötigten Rechen- und Speicherkapazitäten erst nach den jüngsten Fortschritten in der Computertechnologie zur Verfügung stehen. In den meisten Fällen wurde hier die Integralgleichungsmethode benutzt (z.B. Ting & Rohmann, 1981; Wannamaker et al., 1984; Wannamaker, 1991). Die Erweiterung der Methode der Finiten Differenzen (FDM) auf 3D-Modellrechnung wurde von Mackie et al. (1993) erfolgreich durchgeführt. 3D-Modellierungen bei anisotropen Leitfähigkeitsstrukturen wurden zuerst von Xiong et al. (1986) behandelt . Mittels der Methode der Finiten Differenzen entwickelte Weidelt (1996) einen Algorithmus zur 3D-Modellierung mit beliebiger anisotropen Leitfähigkeitsverteilung . Mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente (FEM) wird in diesem Aufsatz ein Algorithmus zur numerischen Modellierung von elektromagnetischen Feldern in drei Dimensionen vorgestellt. Im folgenden wird zunächst das Modellrechnungsverfahren beschrieben. Anschließend wird die MT-Response für einige Modelle berechnet. Die Resultate werden sowohl mit der Lösung der Integralgleichungsmethode (IGM) als auch mit der Lösung der FDM verglichen.

Description: Numerische Simulationen liefern häufig Lösungen bzw. Lösungshilfen zur Interpretation gemessener Daten. Insbesondere für Bodenradarmessungen , die häufig sehr stark verrauscht sind, bietet sich eine solche Simulation an, da hierbei Auswirkungen verschiedener Bodenparameter direkt untersucht werden können . Ein großes Problem von numerischen Simulationen ist die effektive Umrandung des Simulationsraums. Da nicht beliebig viel Speicherplatz zur Verfügung steht , sollte diese Umrandung möglichst speichersparend sein. Außerdem muß wirkungsvoll verhindert werden, daß in die Ränder einfallende Wellen in den Simulationsraum zurückkehren. Zu diesem Zweck sollen hier kurz einige Möglichkeiten zur Begrenzung dargestellt werden, insbesondere die Vorzüge der "Generalized Perfectly Matched Layers".

Description: Mit diesem Kolloquiumsband fügen wir ein weiteres Exemplar in die schon fast "legendäre" Reihe der sogenannten "Blauen Bände" hinzu. Er enthält die schriftlichen Fassungen von Beiträgen, die auf dem 18. Kolloquium "Elektromagnetische Tiefenforschung vom 20.3.- 24.3.2000 in Altenberg bei Köln (Bergisches Land) gehalten wurden. Diese Reihe hat weniger den Charakter eines Berichtsbandes, sondern wird überwiegend als Nachschlagewerk für die Forschenden auf dem Gebiet der Elektromagnetik genutzt. Man findet z.B. Arbeiten, in denen in komprimierter aber nicht zu stark verkürzter Form die wesentlichen Teile von Diplom- und Doktorarbeiten aufgeschrieben sind. Viele Arbeiten befinden sich zu diesem Zeitpunkt noch in der Entstehungphase und werden erst später in einer referierten Zeitschrift publiziert. Diese Bände bieten daher ein geeignetes Medium, wertvolle Informationen schon zu einem frühen Zeitpunkt zu dokumentieren.

Description: Die elektrisch schlecht leitende untere Atmosphäre bildet zwischen der gut leitenden Erdoberfläche und der unteren Ionosphäre einen Hohlleiter für niederfrequente elektromagnetische Wellen. Insbesondere Wellen im ELF (ßxtremely l,ow .Erequency) Bereich von 10Hz-3kHz [1] können sich innerhalb dieses Hohlleiters besonders gut entlang der Erdoberfläche ausbreiten. Blitze strahlen elektromagnetische Wellen (Sferics) mit einem sehr breiten Frequenzspektrum ab, dass u.a. auch den ELF-Bereich überdeckt. Während höherfrequente Anteile, die sich als höhere Hohlleitermoden ausbreiten, stark absorbiert werden, erfahren die Weilen der nullten Mode nur eine schwache Absorption und können sich so rund um den Globus ausbreiten. Doch auch ELF-Wellen erfahren auf Grund ohmscher Verluste Absorption 1, mit einem Absoptionsparameter, der Information über die Leitfähigkeitsstruktur des Hohlleiters enthält. Im folgenden wird eine Methode beschrieben, um diesen Absorptionsparameter aus Aufzeichnungen von Sferics an verschiedenen Messstationen zu bestimmen. Dazu werden Übertragungsfunktionen zwischen den an verschiedenen Messorten aufgezeichneten ELF-Impulsen des gleichen Sferics bestimmt. Kennt man den Quellort des verursachenden Blitzes, so kann man aus einem Modell für die Absorption von ELF-Impulsen diese Übertragungsfunktionen modellieren. Als Modell wird hierbei das Produkt aus einem exponentiellen absoptionsbedingten und einem geometrischen Abfall angenommen. Es interessieren insbesondere zeitliche Veränderungen des Absoptionsparameters (z.B. Tag/NachtUnterschied), die Informationen über den jeweiligen Zustand der Ionosphäre enthalten.

Description: Untersuchungen des Widerstandes in geringen (ca. 1km) Tiefen in geothermalen Gebieten in Island lieferten einen starken Hinweis darauf, daß die geothermalen Hochtemperatursysteme in basaltischen Gesteinen eine ähnliche Struktur aufweisen. Unter kaltem unverändertem Gestein mit hohem Widerstand wurde an den äußeren Rändern der Reservoire eine Kappe mit geringem Widerstand (1-10 Qm) gefunden , wohingegen der innere Kern einen höheren Widerstand aufweist . In den vulkanischen Zonen auf Island finden sich die zentralen Vulkane mit entsprechenden Hochtemperatursystemen in Intervallen von ungefähr 20 km. Für die Nutzung der geothermalen Energie stellte sich die Frage, ob zwischen zwei solchen Systemen in der Tiefe eine geothermale Verbindung besteht. Um verschiedene EM-Techniken zu vergleichen, wurde daher ein gemeinsamer Satz an 3D-Modellen entwickelt , die zeigen sollen , wie effektiv mögliche leitfähige Verbindungen zwischen zwei geothermalen Systemen mit Hilfe der TEM bzw . MT kartiert werden können. Im folgenden sollen die Ergebnisse für die MT-Modellierungen gezeigt werden.

Description: Im Herbst 1998 sind in einer Zusammenarbeit zwischen dem GFZ Potsdam und der Universität Frankfurt a. Main nahe der Ortschaft Rittste ig (Böhmerwald, Bayern) magnetotellurische Messungen und erdmagnetische Tiefensondierungen mit SPAM Mk III-Datenloggern im Frequenzbereich zwischen maximal lk H z und 0.001H z durchgeführt worden. Im Folgenden werden die Ergebnisse von zwölf Stationen vorgestellt . Mit 2D Modellrechnungen soll überprüft werden, inwieweit existierende Eigenpo~entialmodelle durch die Magnetotellurik bestätig t und erweitert werden können.

Description: In der Arbeit wird ein kombiniertes hochaufgelöstes globales Schwerefeldmodell bis Grad und Ordnung 720 mit zugehöriger voller Varianz-Kovarianz Matrix berechnet. Als Datenbasis dienen Messungen der Schwerefeldsatellitenmissionen GRACE und GOCE, sowie terrestrische und altimetrische Schwereanomalien. Die Schätzung erfolgt durch kleinsten-Quadrate Ausgleichung, im Rahmen derer eine optimale relative Gewichtung der Einzeldatensätze und der einzelnen Beobachtungen erzielt wird. Die rechentechnische Umsetzung erfolgt mit Hilfe von Hochleistungsrechensystemen.

Description: This article provides first insights into some of the fascinating aspects of astrobiology. The central focus of this research theme is directed towards questions which have interested humans for millennia: How has life developed? Where do we come from? Are we alone in the Universe? In order to approach these questions, astrobiology brings together a variety of disciplines such as astronomy, astrophysics, biology, biochemistry, chemistry, geology, mineralogy, and cosmology. In particular, scientists are more and more interested into the biological aspects and the interactions of (micro)-organisms with their geological environment. This interest is further fueled by numerous NASA and ESA missions to Mars that have spawned new insights into Mars as a potential habitat for life. Earth analog environments, which are characterized by conditions that occur in other parts of our solar system in even more extreme forms play an important role for astrobiological research. Examples include habitats that are characterized by extreme dryness and/or coldness such as the Atacama Desert in Chile, liquid asphalt lakes in Trinidad or the permafrost areas in Siberia. Extremophilic microorganisms such as cyanobacteria and methanogenic archaea or higher organisms such as lichens and bryophytes are used as model organisms to study the limits of life under simulated extreme conditions. In recent years, an active research network has been established in the Berlin-Brandenburg region that carried out joint astrobiology and habitability studies and which among other projects is currently conducting an ESA experiment onboard the International Space Station ISS.

Description: Microbial processes in the so-called ’Deep Biosphere‘ and the link to geological processes are not well understood. We hypothesize that in active fault zones and especially in CO2-conduits, due to an intensified substrate support, microbial processes are significantly accelerated compared to other continental Deep Biosphere ecosystems. Therefore active fault zones could be seen as ‘Hot Spots’ of microbial life in the deep subsurface. The Cheb Basin (Czech Republic) is a shallow Neogene, intracontinental basin filled with fluvial and lacustrine sediments. The intersection area of the north-south striking Počatky-Plesná Fault zone with the northwestsoutheast directed Mariánské Lázně Fault Zone is nearly permanently seismically active (earthquake swarms up to M 4.5). South of the epicentral area two CO2-diffuse degassing structures are visible on a decameter scale. The CO2-conduits are considered as important structures for the understanding of lithospheric mantle-crust interaction processes via mantle fluids, however rock-fluid and geo-bio interactions are barely understood in this system. Moreover, there are hints that the microbial turnover in this region, e.g. CH4 production, is significantly accelerated after earthquakes. In the frame of a DFG project a pre-examination study to a planned international ICDP-drilling campaign started, which includes a 120 m deep drilling at the Hartoušov mofette field. The aim of the study is to get first insights into the microbial community structure by applying modern high-throughput DNA sequencing techniques and geochemical analysis.

Description: Maronde, D.: Das zweite Jahr des Schwerpunktprogramms "Kontinentales Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik Deutschland (KTB)". p. A1-A2. Emmermann, R.: Bericht über den Stand des Projektes. p. A3-A9. Stettner, G.: Geologische Kartierungen im engeren und weiteren Umfeld der Tiefbohrung, Beispiele von deren Auswertung in Beziehung zum Profil der Vorbohrung und das Vorhaben einer geologischen KTB-Umfeldkarte 1:10000. p. A10-A23. Reinhardt, J., Kleemann, U., Blümel, p., Schreyer, W.: Geothermobarometry of metapelites as a key to the pressure and temperature history of the ZEV (Zone von Erbendorf-Vohenstrauss), NE Bavaria. p. A24-A32. Faber, E., Whiticar, M. J.: C- und H-Isotope in leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen der KTB-Vorbohrung. p. A33-A41. Erzinger, J., Heinschild, H. J., Figgemeier,C., Samel, M: Ergebnisse der Gasanalytik in der KTB-Vorbohrung. p. A42-A45. 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Rauen, A., Bücker, Ch., Huenges, E., Lippmann, E., Wienand, J., Wolter, K. E.: Geowissenschaften im KTB-Feldlabor - Geophysik - Natürliche remanente Magnetisierung und Suszeptibilität. p. B475. Bücker, Ch., Huenges, E., Lippmann, E., Rauen, A., Wienand, J., Wolter K.E.: Geowissenschaften im KTB-Feldlabor - Geophysik - Gamma-Spektroskopie und Wärmeproduktionsrate. p. B476. Friese-Haug, M., Wächter, J.: Geowissenschaften im KTB-Feldlabor - Datenverarbeitung - KTBase (KTB-database): Kern eines wissenschaftlich/technischen Informationssystems: Hardware-Konzept und Struktur der Datenbank. p. B477.

Description: Müller, H., Hacker, W., Keyssner, S., Röhr, C., Sigmund, J., Kohl, J., Stroh, A., Tapfer, M.: B. Geologie. KTB Oberpfalz VB 1a - Ergebnisse der geowissenschaftlichen Bohrungsbearbeitung im KTB-Feldlabor, Teufenbereich 3009.7 - 3500 m. p. B1-B94. Wittenbecher, M., Heinschild, H. J., Stroh, A. &, Tapfer, M.: C. Geochemie. KTB-Oberpfalz VB - Röntgenanalytik, Spülungsanalytik, Gasanalytik. p. C1-C62. Wienand, J., Rauen, A., Huenges, E., Bücker, Ch., Wolter, K. E.: D. Geophysik. Tiefbohrung KTB Oberpfalz VB - Ergebnisse der Geowissenschaftlichen Bohrungsbearbeitung im KTB-Feldlabor (Windischeschenbach), Teufenbereich 3000 - 3500 m. p. D1-D50. Bücker, Ch., Zimmermann, G.: E. Vergleichende Untersuchungen der Gamma-ray-Messungen (GR) im Bohrloch und an Bohrkernen im Teufenbereich 3000 - 3500 m. p. E1-E9. Huenges, E., Reibelt, M., Lauterjung, J.: F. Vergleich der an Kernen gemessenen Wärmeleitfähigkeit mit der aus Modalanalysen berechneten Wärmeleitfähigkeit. p. F1-F9. Kohl, J., Müller, H., Röhr, C., Schmitz, D.: G. Kernorientierung. KTB Oberpfalz VB 1a, Ergebnisse der geowissenschaftlichen Bohrungsbearbeitung im KTB-Feldlabor, Teufenbereich 3009.7 - 3500 m. p. G1-G3. Röckel, Th., Natau, O.: H. Tiefbohrung KTB Oberpfalz VB - Erste Ergebnisse der felsmechanischen Indexversuche im Teufenbereich von 2000 -3000 m. p. H1-H13.

Description: Das Mekong-Delta ist die Kornkammer Vietnams. Ausbleibender Sedimenttransport gefährdet diesen eminent wichtigen Nährstofflieferanten.

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Description: Röhr, C., Hacker, W., Keyssner, S., Kohl, J., Müller, H.: B. Geologie. Tiefbohrung KTB-Oberpfalz VB, Ergebnisse der geowissenschaftlichen Bohrungsbearbeitung. p. B1-B114. Stroh, A.,Heinschild, H. J., Homann, K. D, Tapfer, M., Zimmer, M.: C. Geochemie. KTB Oberpfalz VB - Röntgenanalytik, Spülungsanalytik, Gasanalytik. p. C1-C104. Huenges, E., Bücker, Ch., Wolter, K. E., Wienand, J., Rauen, A., Lippmann, E.: D. Geophysik. Deep Drilling KTB-Oberpfalz VB, Results of the Geoscientific Proceedings in the KTB-Laboratory, Depth Interval: 1709 - 2500 m. p. D1-D83. Zulauf, G., Kohl, J.: E. Ergänzende Untersuchungen. KTB Oberpfalz VB - Bruchtektonik im Teufenbereich von 1177 bis 1530 m. p. E1-E14. Homann, K. D., Müller, H.: F. Wechselwirkung zwischen Dehydril-HT-Bohrspülung und Gesteinsmehl. p. F1-F45. Homann, K. D.: G. Flüssigkeitseinschlußuntersuchungen im KTB-Feldlabor. p. G1-G30. Röckel, Th., Natau, O.: H. Tiefbohrung KTB Oberpfalz VB - Erste Ergebnisse felsmechanischer Index-Versuche bis 1998 m. p. H1-H22. Wächter, J., Friese-Haug, M.: I. KTB Oberpfalz VB - Datenverarbeitung. p. I1-I20. Wächter, J., Lauterjung, J., Giese, p.: I. KTB Oberpfalz VB - Datenverarbeitung. Zielsetzung und Organisationsstruktur der KTB-Datenverarbeitung. p. I2-I5. Wächter, J., Friese-Haug, M.: I. KTB Oberpfalz VB - Datenverarbeitung. KTBase (KTB database) - der Kern eines wissenschaftlich/technischen Informationssystems: Hardware-Konfiguration und Struktur der Datenbank. p. I6-I20.

Description: Dieser 6. Arbeitsbericht stellt die vorläufigen Ergebnisse der Bearbeitung des Bohrungsabschnitts 2500.0 bis 3009.7 m im KTB-Feldlabor vor. In Nachträgen werden die Messungen der Permeabilitat von Proben aus dem Teufenbereich 1970 - 2430 m, der inneren Oberfläche im Teufenbereich 95 bis 1300 m sowie die detaillierte Untersuchung der Bruchtektonik im Teufenbereich 1530 bis 2500 m dargestellt. Weiterhin wurde eine Untersuchung uber die Dispersion von Feststoffen in der Bohrspulung mit einem Cristobalit-Tracer durchgeführt.

Description: Kohl, J., Hacker, W., Keyssner, S., Müller, H., Röhr, C., Sigmund, J., Stroh, A., Tapfer, M.: B. Geologie. KTB Oberpfalz VB, Ergebnisse der geowissenschaftlichen Bohrungsbearbeitung im KTB-Feldlabor, Teufenbereich von 2500 - 3009.7 m. p. B1-B106. Tapfer, M., Heinschild, H. J., Stroh, A., Wittenbecher, M., Tapfer, M., Zimmer, M.(1988): C. Geochemie. KTB Oberpfalz VB - Röntgenanalytik, Spülungsanalytik, Gasanalytik. p. C1-C50. Wolter, K. E., Wienand, J., Rauen, A., Lippmann, E., Huenges, E., Bücker, Ch.: D. Geophysik. Tiefbohrung KTB Oberpfalz VB, Ergebnisse der geowissenschaftlichen Bohrungsbearbeitung im KTB-Feldlabor (Windischeschenbach),Teufenbereich von 2500 - 3009 m. p. D1-D39. Zulauf, G.: E. Ergänzende Untersuchungen. KTB-Oberpfalz VB - Bruchtektonik im Teufenbereich von 1530 bis 2500 m. p. E1-E22. Stroh, A., Wöhrl. T.: F. KTB Oberpfalz VB, Ermittlung der Dispersion von Feststoff im Spülungsstrom. p. F1-F10. Röhr, C.: G. KTB Oberpfalz VB - Makroskopische Beschreibung der Seitenkerne aus dem Teufenbereich 0 - 4000 m. p. G1-G10.

Description: Dieser Report fasst Ergebnisse aus der Startphase des Projekts Nutzbarmachung klüftigporöser Speichergesteine zur abnehmernahen geothermischen Energiebereitstellung zusammen. Das Projekt wurde mit Förderung durch das BMBF (BEO 0327063B) in einer Vorphase 1998 und durch das BMWi (BEO 0327063) 1999 gestartet.