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: Der THINKTANK „Industrielle Ressourcenstrategien“ ist national und europaweit einzigartig. Hochrangige Experten aus Wissenschaft, Politik und Industrie entwickeln gemeinsam Strategien, um die Rohstoffverfügbarkeit besser im Blick zu haben und unseren Bedarf präziser abzuschätzen. Neue Wege der Kreislaufführung für Massenrohstoffe sollen beschritten und ressourceneffiziente Prozesse frühzeitig angestoßen werden.

Description: Ein tragfähiges internationales Regelwerk, noch bevor der Run auf einen Rohstoff beginnt? Dies wäre ein Novum in der Menschheit. Die ‚United Nations Convention on the Law of the Sea‘ hat sich genau das zum Ziel gesetzt. Sie beschreibt die Hohe See mit ihren Ressourcen als gemeinsames Erbe der Menschheit. Über die Nutzung der Rohstoffe am Meeresboden wacht die Internationale Meeres­boden­behörde der Vereinten Nationen (IMB). Sie ist für alle mineralischen Ressourcen am Meeresboden zuständig. Wie funktioniert der Regelapparat? Kann ein solcher Abbau auch umweltschonend gestaltet werden? Dazu ein Interview mit Dr. Sven Petersen, Experte für marine Rohstoffe am GEOMAR in Kiel.

Description: Müssen immer neue Rohstoffvorkommen aufgetan werden, damit der steigende Bedarf für die Entwicklung von High-Tech-Produkten und Zukunftstechnologien gesichert werden kann? Obwohl Recycling in der Gesellschaft im Allgemeinen positiv wahrgenommen wird, werden Produkte aus recycelten Materialien häufig skeptisch gesehen. Eine Spurensuche zur Wahrnehmung der Qualität von Recyclingrohstoffen.

Description: Von welchen bekannten Mengen an Rohstoffen im Meer ist momentan die Rede? Wie fällt der Vergleich zum Land aus? Vermuten Experten im Meer überhaupt ein Rohstoffpotential, welches tatsächlich langfristig Alternativen bietet. Ein Überblick zum Stand des Wissens von Rohstoffvorkommen im Meer gibt Dr. Sven Petersen vom GEOMAR im Interview.

Description: Neue Studie des KIT zeigt: Pestizide verringern das Summen von Hummeln und damit die Menge des gesammelten Pollens.

Description: New study by KIT shows that pesticides reduce the buzz of bumblebees and thus the amount of pollen collected.

Description: Am 8. Oktober 2018 veröffentlichte der Weltklimarat IPCC seinen Sonderbericht zum 1,5-Grad Klimaziel im südkoreanischen Incheon. Der Bericht mahnt zur Eile. Um die Erderwärmung deutlich unter zwei Grad Celsius zu halten, sind alle gefordert: Regierungen, Wirtschaft und Bürger. In einem Interview des Forschungszentrums Jülich gibt Prof. Astrid Kiendler-Scharr eine Einschätzung des Berichts. Sie ist Leiterin am Institut für Energie- und Klimafolgenforschung (IEK-8) und hat als Gutachterin am IPCC-Sonderbericht mitgearbeitet. ESKP hat das Interview und die Ergebnisse des IPCC-Gutachtens zusammengefasst.

Description: Die vielen, weltweit verteilten, großen und kleinen Vegetationsfeuer stellen eine Belastung der Atmosphäre dar.

Description: Das 27. Schmucker-Weidelt-Kolloquium für Elektromagnetische Tiefenforschung fand vom 25. bis 29. September 2017 im Christian Jensen Kolleg (CJK) in Breklum an der Nordseeküste Schleswig-Holsteins statt und wurde unter der Leitung von Dr. Sebastian Hölz von der EM Arbeitsgruppe des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel ausgerichtet. Der Austragungsort trug dem traditionellen Geist des Kolloquiums Rechnung, indem das Kolleg mit seinem Ensemble von Tagungs- und Aufenthaltsräumen, kleinen Parks und schönen Unterkünften einen idealen Rahmen zum Kennenlernen, zum Wiedersehen, für Gespräche und für den wissenschaftlichen Austausch ermöglichte. Wie in den vergangenen Jahren auch konnten sich die Veranstalter auf die EM Community verlassen. 85 Teilnehmerinnen und Teilnehmer aus neun Nationen (Deutschland, China, Kanada, Schweiz, Tschechien, Irland, England, Schweden, Polen) fanden den Weg in den Norden. Neben den deutschen Universitäten und Forschungseinrichtungen waren auch acht internationale Universitäten und drei Firmen vertreten. Die inhaltlichen Schwerpunkte der Tagung lagen im Bereich der Magnetotellurik und der aktiven elektromagnetischen und geoelektrischen Verfahren. Das wissenschaftliche Programm mit insgesamt 30 Vorträgen und 43 Postern umfasste landgestützte, marine und luftgestützte Anwendungen und methodische Entwicklungen der EM, petrophysikalische Laboruntersuchungen zu elektrischen Gesteinseigenschaften und Entwicklungen im Bereich der Modellierung und Inversion. Neben derWissenschaft konnten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer auf der traditionellen Exkursion ihre Fitness unter Beweis stellen. Am Mittwoch führte der Weg, nach einer kurzen Busfahrt zur Küste und der Begrüflung durch unsere Wattführerinnen, Frau Dethleffsen und ihre Tochter, direkt ins Watt zu einer Wanderung zur Hallig Nordstrandischmoor. Die Anstrengungen derWanderung durch den oft knietiefen Schlick wurde mit Getränken, Kaffee und Kuchen und einem zünftigen Grillfest auf der Hallig belohnt. DerWandertag wurde mit einer Fährfahrt von der Hallig nach Nordstrand abgeschlossen. Der vorliegende Kolloquiumsband umfasst 33 Beiträge. In diesem Band sind Extended Abstracts (3), Vortragsfolien (6) und Postern (24) zusammengefasst. Dieses Format der „Blauen Bände“ wurde das erste Mal nach dem 26. Kolloquium in Dassel eingeführt und wird nun in gleicher Form fortgeführt. Wir danken allen Teilnehmern, die mit ihren extended Abstracts, Folien und Postern dazu beitragen, die Breite des Kolloquiums auch in den „Blauen Bänden“ zu dokumentieren.

Description: GFZ German Research Centre for Geosciences has a long tradition in research data management and practice in making data accessible to the scientific community. Since its publication in 2016, the „FAIR Guiding Principles for scientific data management and stewardship“ quickly evolved as a standard for research data management worldwide. GFZ is committed to these standards and has accordingly taken a series of actions which are described here. A key tool for FAIR data management at GFZ is the citable publication of research data with Digital Object Identifier (DOI). GFZ has a long tradition in research data management and practice in making data accessible to the scientific community. Since its publication in 2016, the „FAIR Guiding Principles for scientific data management and stewardship“ quickly evolved as a standard for research data management worldwide. GFZ is committed to these standards and has accordingly taken a series of actions which are described here. A key tool for FAIR data management at GFZ is the citable publication of research data, data collections and software with Digital Object Identifier (DOI) complementary to well-established disciplinary standards and data management.

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: Geodesy aims to determine the geometric figure and the gravitational field of the Earth, as well as its orientation in space. Steadily increasing accuracies, with which these tasks are being solved, are based on corresponding improvements in geodetic measuring data, both, on the quantitative as well as the qualitative level. Similar developments in the acquisition, processing and analysis of observation data, which have always been at the limit of the technically and scientifically feasible, are witnessed in the fields of seismology and geomagnetism as well. Recently however, innovative developments, building on Big Data approaches, are emerging with the combination of diverse data streams into integrated processing environments. Geodetic, seismological and geomagnetic observation data are fundamental for a better understanding of Earth system processes. The combination of these geoscience data collected by ground- and space-based sensors, their consistent processing, validation and assimilation into complex Earth system models contribute in an essential way to the future implementation of GGOS, the Global Geodetic Observing System.

Description: Data Science aims at extracting information and knowledge from data. It comprises methods, processes, algorithms and technologies for management, processing and analysis of data. It is an interdisciplinary field applying concepts and techniques from mathematics, statistics, information technology, and application domains such as geosciences. Data Science is gaining more and more importance for science. It complements the traditional scientific approaches of empirical, theoretical and computational research with explorative strategies; developing reasoning- based hypotheses is complemented by suggesting correlations and complex interrelationships based on data alone. Data Science can also help to exploit the information contained in large data sets based on existing understanding of the processes and known gaps in our understanding. In this way data science may lead to novel, unexpected and valuable knowledge of complex natural or man-made systems.

Description: Das Jahr 2017 war auf dem Potsdamer Telegrafenberg, der langjährigen Heimat von Friedrich Robert Helmert, geprägt durch mehrere Jubiläen: der 125ste Jahrestag der Eröffnung der neuen Forschungsräumlichkeiten des Geodätischen Instituts wurde am 06. April 2017 unter Beteiligung von zahlreichen Gästen mit einem bunten Festprogramm gefeiert. Am darauf folgenden Tag haben mehrere Vortragende in einem gut besuchten Kolloquium an das 100ste Todesjahr von F.R. Helmert erinnert. Dies wurde ergänzt durch zahlreiche Vortragsveranstaltung und weitere Kolloquien zu Helmert, die im Jahr 2017 an mehreren Orten in Deutschland durchgeführt wurden, wie z.B. in Aachen, Dortmund und - an seinem exakten Todestag, dem 15. Juni – in Potsdam. Die faszinierende Ausstellung „Fokus Erde“ hat im Frühjahr 2017 im Haus der Brandenburgisch- Preußischen Geschichte in Potsdam die Entwicklung der Geodäsie als Wissenschaft in den letzten beiden Jahrhunderten mit beeindruckenden Exponaten einer breiten Öffentlichkeit präsentiert. Es war zu sehen, dass die Geschichte der Geodäsie – national wie auch international – im ausgehenden 19. Jahrhundert wesentlich vom Potsdamer Telegrafenberg aus geprägt wurde und es muss nicht erstaunen, dass in der Ausstellung die Leistungen von Helmert, sowohl als Wissenschaftler, Hochschullehrer, geodätischer Beobachter wie auch als Organisator wissenschaftlicher Projekte eine besondere Rolle spielten. Bei den Feiern zum 25-jährigen Bestehen des Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches Geoforschungszentrum (GFZ), die ebenfalls im Jahr 2017 stattfanden, wurde immer auf die großartigen wissenschaftlichen Leistungen des langjährigen Institutsdirektors Helmert hingewiesen, die eine unverzichtbare Grundlage der heutigen Arbeiten am GFZ bedeuten und in deren Tradition sich das GFZ auch heute noch sieht. Der vorliegende Band soll insofern die unterschiedlichen Bereiche des Lebens und Wirkens von F.R. Helmert, die zum Teil im Jubiläumsjahr 2017 an verschiedenen Stellen zu Tage befördert wurden, zusammenführen und, ergänzt um weitere neu recherchierte Aspekte, den Bogen bis in die heutige Zeit der Satellitengeodäsie und des Einsatzes von Hochleistungsrechnern für geodätische Aufgaben spannen. Ohne die grundlegenden Arbeiten von Helmert wäre diese Entwicklung nicht möglich gewesen. In diesem Sinne nehmen wir seinen Geburtstag am 31. Juli 1843 zugleich zum Anlass, sein wissenschaftliches Wirken zu seinem 175. Ehrentag mit diesem Buch zu würdigen. Allen Beteiligten an den genannten Veranstaltungen wie auch den Autoren des vorliegenden Bandes sei hiermit ausdrücklich gedankt. Den Beiträgen vorangestellt ist eine Bildauswahl mit Portrait- und Gruppenaufnahmen, die Helmert zu verschiedenen Zeiten und in unterschiedlichen Positionen seines wissenschaftlichen Wirkens präsentieren.

Description: Mit dem Journal "System Erde" berichtet das Deutsche GeoForschungsZentrum GFZ über die unterschiedlichen Facetten seiner Forschungsarbeiten. Die Reihe richtet sich vor allem an Entscheidungsträger in Wissenschaft, Gesellschaft und Politik, an interessierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie an die fachinteressierte Öffentlichkeit.

Description: Involving citizens into science has long tradition; examples are bird watching or weather observation. Digital technologies foster citizen science by providing easy to use apps via the Internet serving specific scientific tasks. At GFZ we develop and test approaches to receive data provided by citizens for various scientific applications: Examples are the quantification of light pollution during the night, and the assessment of damages to buildings caused by flood. Data provided by citizens should complement scientific data collected by sensors and thus overcome shortcomings sensors have. In the case of quantifying light pollution an app allows participants to use their visual system as a sensor to measure the brightness of the sky. The app directs participants to find a particular star in the sky, and then report whether it is visible or not. To assess flood damage we develop a system that filters relevant images from the huge amount of information available in social media and to extract suitable information such as inundation depth and area or water pollution. It also supports scientists to judge reliability and usefulness of the information derived from social media. In several studies we already could show the scientific value of data provided by citizens.

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: Remote sensing data analysis retrieves spatial-temporal information about the Earth‘s surface from remotely sensed optical and radar images. For this purpose accurate and efficient classification or parameter quantification techniques must be used. Consequently, there exists a long tradition in remote sensing to employ methods and techniques from the field of machine learning. They can be regarded as „universal function approximators“ that are able to link any data in order to derive connections, conclusions and predictions efficiently using different learning strategies. In the following, current research topics of the Remote Sensing section of the GFZ are presented, in which different forms of machine learning are used.

Description: Visual Analytics is a method that combines visualization and automated analysis in highly interactive interfaces. These systems enable geoscientists to explore their data sets, to steer the analysis process and assess results. In this article, we explain the potential of Visual Analytics with three examples that were developed at the GFZ in recent years in close cooperation between computer scientists and geoscientists. They include (1) the analysis of lake sediments to understand climate and landscape developments in the past, (2) the analysis of complex geochemical simulation models in fluid systems modeling, and (3) the validation of simulation models in Earth system modeling. The developed Visual Analytics concepts largely differ from each other due to the variety of analytical tasks and data characteristics across the applications. Nevertheless, the examples reveal common benefits of using Visual Analytics for data interpretation in geoscientific research. The method supports the full exploration of complex data sets rather than relying on small sample sets. Geoscientists can employ their expert knowledge to correctly interpret data where automatic methods alone are not sufficient. Yet, the close linking with automated methods enables the handling of large and complex data sets. In sum, the novel Visual Analytics concepts contribute to data interpretation and thereby to answering relevant geoscientific questions.

Description: Diese Handreichung soll als Einstieg für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die mit digitalen Daten arbeiten, sowie für alle an dieser Thematik Interessierten dienen und bietet darüber hinaus Hinweise zu weiterführender Information. Sie wurde von der Arbeitsgruppe „Forschungsdaten“ der Schwerpunktinitiative „Digitale Information“ der Allianz der deutschen Wissenschaftsorganisationen1 verfasst.

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: Progress in sensor systems and computer simulation create large volumes of data with a variety of parameters. This development brings Big Data and the related challenges for data processing and data analysis also into the focus of geoscience. Computer science has developed concepts and technologies to handle Big Data. Geoscience can benefit from them since they facilitate efficient information extraction from big data, such as data from satellite-based remote sensing systems, or data from seismological or meteorological observation systems. To make use of computer science concepts and technologies, they have to be adapted into geoscience. Examples for this adaption are the development of efficient scalable geoscientific analysis methods by applying the divide-and-recombine concept, or the adaption of geoscientific methods to existing Big Data technologies.

Description: Oberflächennahe Aeromagnetik mit kleinen, unbemannten Luftfahrzeugen (UAV) erlaubt durch geringe Flughöhen (⇠ 1m) eine hohe räumliche Auflösung, ähnlich der bei einer Messung zu Fuß, hat jedoch gegenüber letzterer den Vorteil der höheren Geschwindigkeiten (⇠ 5ms−1). In existierenden Systemen werden Totalfeld bzw. Totalfeldgradienten ausgewertet. Dieses Projekt hat das Ziel, ein hochauflösendes Gradiometersystem zu entwickeln, mit dem die Gradienten der Magnetfeldkomponenten bestimmt werden können. Voraussetzung dafür ist eine möglichst gute Kenntnis der Störungen durch das UAV, der Lage der Sensoren relativ zum Erdfeld und zum UAV, sowie die Verwendung einer Aufhängung, die Schwingungen und starke Bewegungen dämpft.

Description: Nahezu alle metallischen Rohstoffe, die die Menschheit gegenwärtig benötigt, werden an Land gewonnen. Mit jedem Anstieg der Rohstoffpreise und der zunehmenden Nachfrage einer wachsenden Weltbevölkerung nach neuen Technologien, könnte es attraktiver werden, auch im Meer nach metallischen Rohstoffen zu suchen. Und der Bedarf für den Ausbau der E-Mobilität, die Energiewende und für die zunehmende Digitalisierung aller Lebensbereiche erhöht sich weiter. Die Europäische Union sieht mittlerweile die Versorgung mit 27 strategisch wichtigen Rohstoffen (2017) kritisch. Hierunter fallen beispielsweise Antimon, Germanium oder Kobalt. Die Folgen einer Rohstoffknappheit würden die deutsche Industrie besonders treffen, denn sie ist bei metallischen Rohstoffen nahezu komplett importabhängig. Stellen die Ozeane vor diesem Hintergrund eine attraktive Alternative für die Rohstoffbeschaffung dar? Dieser Frage wollen wir in unserem neuen ESKP-Themenspezial nachgehen. Die Erkundungen nach metallischen Rohstoffen in der Tiefsee sind voll im Gange: im Indischen Ozean, im Pazifik, auf alten Seerücken oder den Flanken submariner Vulkane. Insbesondere Kupfer, Kobalt und Nickel kommen in der Tiefsee in Mengen vor, die mit denen an Land vergleichbar sind. Der Run auf die Erkundungslizenzen hat bereits begonnen und die Unterwasserwelt wird nach und nach aufgeteilt, um den Tiefseebergbau voranzutreiben. So haben sich die Anträge bei der Internationalen Meeresbodenbehörde in den letzten fünf Jahren verdreifacht. Doch ist aus Umweltgesichtspunkten der Abbau metallischer Rohstoffe im Meer überhaupt vertretbar? Welche Auswirkungen auf die marinen Ökosysteme hätten riesige Trübungswolken am Meeresgrund? Wie ausgereift sind die Technologien für den Meeresbodenbergbau? Wie könnte ein zuverlässiges Umweltmonitoring in der Tiefsee aussehen? Wäre es besser nach Einsparmöglichkeiten an Land zu suchen und Alternativen zu erforschen? Viele durchaus strittige Fragen, die wir aus Sicht der Forschung beleuchten wollen.

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: A new calibration facility was developed, tested, and installed at the premises of the Geomagnetic observatory in Niemegk to test induction coil magnetometers (search coils) in the frequency range 100Hz to 1 MHz. The new calibration facility is based on a Braunbeck coil, which extends existing installations based on a three-dimensional Helmholtz coil and a cylindrical coil which cover only the frequency range from a few mHz to 100 kHz. The new calibration coil is primarily needed to test magnetic field sensors used by the Geophysical Instrument Pool Potsdam for the so-called Radio Magnetotelluric (RMT) method. The RMT method uses electromagnetic fields transmitted by radio stations to infer the electrical conductivity distribution of the shallow subsurface (~1 m to 50 m). We present theoretical calculations to determine the parameters of the new calibration coil, which could be confirmed with measurements using an OMICRON BODE 100 spectrum analyser. The new coil system was also tested by calibrating two existing magnetic field sensors (METRONIX) MFS07 and SHFT-02e) with known response functions. We infer an overall accuracy of the new system of 〈0.05nT in amplitude and 〈0.5° in phase for frequencies 〈700kHz and ≤0.05nT and ≤3° degrees for frequencies 〉 700kHz. We also developed, tested and calibrated a new magnetic field sensor, using a set of three orthogonal toroidal coils (based on the antenna AN 200). The initial results look promising. The overall noise figures surpass those of the Metronix SHFT-02e sensor. The amplitude characteristic is slightly non-linear though, varying between 5 and 75 mV/nT over the frequency range 10 kHz to 1 MHz.

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: Kobalt ist für die Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus unverzichtbar. Dementsprechend groß ist die Abhängigkeit vieler Hersteller, auch hier in Deutschland. Um diese Abhängigkeit zu reduzieren, werden am Helmholtz-Institut Ulm, eine Gründung des KIT, kobaltfreie Energiespeichermaterialien erforscht.

Description: Die weltweite Nachfrage nach Rohstoffen steigt. Sie wird einerseits getrieben durch das weltweite Wirtschaftswachstum, andererseits durch die Entwicklung neuer Technologien. Gerade rohstoffintensive und -sensitive Schlüssel- und Zukunftstechnologien können kurz- bis mittelfristig starke Nachfrageimpulse auslösen und damit einen erheblichen Einfluss auf die Rohstoffmärkte haben. Neben der bergbaulichen Gewinnung von Rohstoffen an Land und einem zunehmenden Anteil recycelter Rohstoffe können auch Rohstoffe aus der Tiefsee zukünftig einen Beitrag zur Deckung des Bedarfs leisten.

Description: Mehr heiße Tage als im Jahrhundertsommer 2003, Niedrigwasser in fast allen Flüssen und bereits 91 Prozent der deutschen Böden ausgedorrt. Das Center for Disaster Management and Risk Reduction Technology des KIT legt einen ersten Bericht zur Dürresituation in Deutschland vor. Die Wissensplattform beleuchtet einige Aspekte daraus.

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

Description: Das Alfred-Wegener-Institut macht eine interaktive Tsunami-Karte öffentlich zugänglich – für Medien und Fachkräfte vor Ort sowie Indonesien-Reisende.

Description: The Alfred Wegener Institute provides an interactive tsunami map for a public audience – for media, experts and travelers in Indonesia.

Description: Neapel liegt inmitten einer komplexen Caldera, die vor 39.000 Jahren entstand. Magmakammern entleerten sich in einem gewaltigen Vulkanausbruch, der weltweit Folgen hatte. Mehrere aktive Phasen mit vielen größeren Eruptionen folgten. Noch heute sind die dortigen phlegräischen Felder Zeugen der Aktivität und im Fokus der Geowissenschaftler in Europa. Was wäre wenn sich derart Eruptionen wiederholen? Gut vorbereitet auf einen wirklich großen Ausbruch ist die moderne Zivilisation fast nirgendwo auf der Welt, wie Experten jetzt warnen.

Description: Naples lies in the middle of a complex caldera that formed 39,000 years ago, its magma chambers emptied in a huge volcanic eruption and having an impact throughout the world. Several active phases with many larger eruptions followed. Even today, the Phlegraean Fields show many signs of activity and are thus the focus of many geoscientists in Europe. What if such eruptions were to repeat themselves? Experts now warn that nowhere in the world are modern societies well prepared for a truly big eruption.

Description: Wie entstehen Konflikte um die Rohstoffgewinnung? Wie weit reicht die Verantwortung der Forschung? Mit diesen Fragen können Verantwortliche im Tiefseebergbau und der damit verbundenen Technologieentwicklung konfrontiert werden. Sozialwissenschaftliche Perspektiven können beim Verständnis hilfreich sein.

Description: Interview mit Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Markus Reuter, Direktor am Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie, zur Recyclingfähigkeit von Mobiltelefonen, den Grenzen des Stoffkreislaufs und möglichen Strategien im Umgang mit immer komplexeren High-Tech-Produkten.

Description: Momenten wird erwartet, dass Schädigungen durch den Abbau reduziert werden können, wenn gestörte Flächen durch ungestörte Areale unterbrochen sind. Es besteht jedoch noch umfassender Forschungsbedarf, um wissenschaftlich fundierte Empfehlungen zu geeigneten Abbaustrategien zu geben. Es kann gegenwärtig noch nicht vorhergesagt werden, inwieweit diese geeignet sind, durch Tiefseebergbau verursachte Umweltfolgen abzumildern und irreversible Schädigungen abzuwenden.

Description: Welche Fälle verhandelt das "Seabed Disputes Chamber" am Internationalen Seegerichtshof in Hamburg? Wie würde eine Streitschlichtung beim Tiefsee-Bergbau aussehen und welche Rechtsverbindlichkeit hätten künftige Urteile?

Description: Mehr als 100.000 verschiedene Arten in den Ozeanen sind mittlerweile bekannt, die biologische Vielfalt ist jedoch noch weit größer und viele Arten noch nicht entdeckt. Gerade in der Tiefsee stößt man bei jeder Probenentnahme auf weitere unbekannte Arten. Belastbare Aussagen zu einer potentiellen Wiederbesiedelung abgebauter und gestörter Flächen können nur auf der Basis intensiver wissenschaftlicher Untersuchungen getroffen werden.

Description: Betrachtet man eine Weltkarte, scheint jeder Winkel der Erde lückenlos kartiert. Selbst der Meeresboden wirkt auf Karten so, als ob bekannt sei, wie seine Oberfläche in der Tiefe der Ozeane aussieht. Dabei ist nur ein Bruchteil davon bisher erforscht.

Description: In Papua-Neuguinea versucht ein kanadisches Unternehmen, dem Meer wirtschaftlich Gold und Kupfer Meer abzuringen. Wie realistisch ist das Vorhaben? Was sind möglicherweise limitierende Faktoren? Wie weit ist die Technik bei anderen Akteuren wie Japan? Dazu GEOMAR-Experte Dr. Sven Petersen im Interview.

Description: Beim Abbau von Manganknollen in der Tiefsee wird Sediment vom Meeresboden aufgewirbelt. Es bilden sich sogenannte Trübungswolken, die in bis zu 30 Kilometern Entfernung noch deutliche Spuren am Meeresboden hinterlassen. Um die Prozesse und Folgen aber wirklich zu verstehen, ist noch eine intensive Forschungsarbeit nötig.

Description: Der Aufwand, um Manganknollen aus 4000 Metern Tiefe an die Oberfläche zu befördern ist immens. Viele der eingesetzten Technologien müssen komplett neu entwickelt werden, um den Anforderungen an einen Dauerbetrieb standzuhalten. Dabei warten noch viele Unabwägbarkeiten am Meeresgrund bis es zum tatsächlichen Einsatz kommt.

Description: Auch mit modernsten Technologien benötigen Geologen mindestens zehn Jahre, um einen Rohstoff als Reserve oder Ressource der Industrie bereitstellen zu können. Europa investiert bisher wenig in die Bewertung und Erschließung eigener Lagerstätten. Mit einer Änderung dieser Philosophie ließen sich auch viele Umweltprobleme in Entwicklungsländern vermeiden, die der Bergbau dort verursacht. Der Lagerstättenkundler Prof. Dr. Jochen Kolb vom Institut für Angewandte Geowissenschaften des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) im Interview.

Description: Die typischen Arbeitsgebiete eines Vulkanologen sind – mal abgesehen von seinem Schreibtisch – an sich die Flanken und Krater eines Vulkans. Die Vulkanologen des GEOMAR stachen trotzdem in See.

Description: Die wertvollen Rohstoffe in Manganknollen machen nur einen kleinen Teil der Gesamtknollen aus. Bei den momentan verfügbaren Verarbeitungsverfahren würde ein Großteil der Knollenanteile ungenutzt auf Deponien landen. Damit die Nutzung von Manganknollen nachhaltig organisiert wird, müssen neue Wege eingeschlagen werden.

Description: Phosphorite enthalten den Phosphor, der als Düngebestandteil für die hohe Produktivität der globalen Landwirtschaft unverzichtbar ist. Der Abbau von Phosphorit am Meeresboden wird immer wahrscheinlicher und die enthaltenen Metalle könnten mitgenutzt werden.

Description: Es gibt noch viele offene Fragen, wenn es um die Folgen des Meeresbodenbergbaus für die dortigen Ökosysteme geht. Bis es zur wirtschaftlichen Nutzung mariner mineralischer Rohstoffe der Tiefsee kommt, kann die Forschung Grundlagen für eine Risikoabschätzung erarbeiten. Es müssen aber auch völlig neue Technologien entwickelt werden, um ein verlässliches Umweltmonitoring in der Tiefsee zu gewährleisten.

Description: Ohne die Kenntnisse der Sedimentationsbedingungen sowie der ökologischen und geochemischen Zustände in der Tiefsee können die Auswirkungen zukünftiger menschlicher Eingriffe in die Tiefsee nicht ermittelt werden. Insbesondere die Clarion-Clipperton Zone (CCZ) im äquatorialen Pazifik ist für den Manganknollen-Abbau potentiell interessant und Gegenstand der Untersuchungen.

Description: Die Technologie für ein umfassendes Umweltmonitoring in der Tiefsee ist vorhanden. Es gilt nun, die Arbeit der Internationalen Meeresbodenbehörde am 'Mining Code' zu unterstützen. Benötigt werden verlässliche Indikatoren für einen guten Umweltzustand und Grenzwerte zur Verhinderung von Umweltschäden.

Description: Umweltmonitoring in der Tiefsee ist aufwändiger als Erprobung und Erkundung. Um verlässliche und flächenhafte Daten zu erhalten, müssen viele technologische Anwendungen, die momentan nur als Prototypen vorliegen, in die kommerzielle Nutzung überführt werden.

Description: Massivsulfide gehören zu den elektrisch leitfähigsten natürlichen Gesteinen überhaupt. Das Aufspüren von Massivsulfiden in der Tiefsee gleicht jedoch der Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Zu diesem Zweck wurde „GOLDEN EYE“ entwickelt. Dabei handelt es sich um eine bislang weltweit einzigartige Multisensorplattform für elektromagnetische Messungen in der Tiefsee.

Description: Wie wird die Unterwasserwelt aufgeteilt, wie funktioniert die Lizenzvergabe? Welche Rechte, aber auch Pflichten ergeben sich für die Lizenznehmer? Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) gibt dazu einen Überblick.

Description: Manganknollen im östlichen Pazifik, kobaltreiche Eisen-Mangan-Krusten an Vulkanhängen, Massivsulfide an Spreizungszonen – in der Tiefsee gibt es unterschiedliche Gebiete, die sich für den Rohstoffabbau eignen. Manche gehören zu den ältesten Ozeangebieten der Welt. Andere hingegen sind geologisch sehr jung.

Description: Kobalt gehört zu den wichtigsten Rohstoffen für Zukunftstechnologien. Das Metall findet aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften in vielen unterschiedlichen Bereichen Anwendung.

Description: Durch das Verfahren des „Distributed Acoustic Sensing“ könnten weltweit Glasfasernetze genutzt werden, um Erdbeben zu erfassen und metergenau zu lokalisieren. Dies wäre eine kostengünstige Alternative gegenüber bisherigen Methoden, bei denen komplexe Seismometer-Netze verwendet werden. Zudem haben die erfassten Daten eine hohe Qualität.

Description: Plötzliche Einbrüche der Erdkruste treten in vielen Regionen der Welt auf. Auch in Deutschland kommt es zu mehreren hundert Erdfall-Ereignissen pro Jahr, die auch hier sensible Infrastrukturen und Wohngebiete treffen könnten. Und häufig genug hat der Mensch seine Finger im Spiel, wenn die Erde plötzlich einsackt. Forschende der Helmholtz-Gemeinschaft sind den Ursachen dieses Georisikos auf der Spur.

Description: Sturmböen im Sommer sind häufig mit schweren Schäden verbunden. Da sie in Mitteleuropa vor allem in den warmen Sommermonaten auftreten, können sie zudem bei Outdoor-Aktivitäten oder Open-Air-Veranstaltungen ein erhebliches Gefahrenpotential darstellen.

Description: Insbesondere Wälder dämpfen die Auswirkungen des Klimawandels. Zwei neue Studien am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) widmen sich dem Thema. Denn möglicherweise fällt dieser rettende natürliche Beitrag zur Speicherung von Kohlenstoff viel geringer aus als bisher angenommen. Besonders dann natürlich, wenn die Entwaldung weiter voranschreitet. Dies könnte die Erreichbarkeit des Zwei-Grad-Ziels deutlich erschweren und so den Klimawandel weiter voranschreiten lassen. Die bisherigen Klimamodelle stehen auf dem Prüfstand. Luftbildaufnahme Landschaft Abholzung von Regenwald (Foto: imago stock&people)

Description: In particular forests buffer the effects of climate change. Two new studies at the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) examine this effect in detail. It is possible that indeed this saving natural contribution to carbon storage may be much lower than previously assumed. Especially when deforestation continues. This could make reaching the two-degree target significantly more difficult and further enhance climate change. Current climate models are thus subject to intense scrutiny.

Description: Das vorliegende Gutachten zum Thema „Humanmedizinisch relevante Wirkungen von Lichtverschmutzung“ (FV 56_2017 UFZ) ist entstanden im Auftrag des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung GmbH – UFZ (Leipzig) in Zusammenarbeit mit dem Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag (TAB) (Berlin). Es ist eines von insgesamt drei Gutachten im Projekt „Lichtverschmutzung – Ausmaß, gesellschaftliche und ökologische Auswirkungen sowie Handlungsansätze“. Die zwei weiteren Gutachten beschäftigen sich mit (i) dem „Ausmaß der Lichtverschmutzung und Optionen zur Minderung der negativen Auswirkungen“ (Autoren: Helga Kuechly, Josiane Meier, Christopher Kyba und Andreas Hänel, 2017) sowie (ii) den „Auswirkungen der Lichtverschmutzung auf Fauna und Flora“ (Autoren: Sybille Schroer und Franz Hoelker, 2017). Alle drei Gutachten betrachten die Auswirkungen von Lichtverschmutzung aus unterschiedlichen wissenschaftlichen Perspektiven. Das vorliegende Gutachten ist aus der Sicht der Chronobiologie sowie Statistik/Methodik verfasst. Die Verantwortung für den Inhalt dieses Dokumentes liegt beim Autor.

Description: Das vorliegende Gutachten zum Thema „Humanmedizinisch relevante Wirkungen von Lichtverschmutzung“ (FV 56_2017 UFZ) ist entstanden im Auftrag des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung GmbH – UFZ (Leipzig) in Zusammenarbeit mit dem Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag (TAB) (Berlin). Es ist eines von insgesamt drei Gutachten im Projekt „Lichtverschmutzung – Ausmaß, gesellschaftliche und ökologische Auswirkungen sowie Handlungsansätze“. Die zwei weiteren Gutachten beschäftigen sich mit (i) dem „Ausmaß der Lichtverschmutzung und Optionen zur Minderung der negativen Auswirkungen“ (Autoren: Helga Kuechly, Josiane Meier, Christopher Kyba und Andreas Hänel, 2017) sowie (ii) den „Auswirkungen der Lichtverschmutzung auf Fauna und Flora“ (Autoren: Sybille Schroer und Franz Hoelker, 2017). Alle drei Gutachten betrachten die Auswirkungen von Lichtverschmutzung aus unterschiedlichen wissenschaftlichen Perspektiven. Das vorliegende Gutachten ist aus der Sicht der Chronobiologie sowie Statistik/Methodik verfasst. Die Verantwortung für den Inhalt dieses Dokumentes liegt beim Autor.

Description: Die vorliegenden Lecture Notes wurden im Rahmen von Vorlesungen und Praktika zwischen 1999 und 2014 an den Universitäten Frankfurt, Hamburg und Potsdam entwickelt, insbesondere als Zusatzmaterial meines Moduls Einführung in die Geophysik an der Universität Hamburg. Ziel dieser Vorlesung war die breite Einführung in die Grundlagen der Geophysik, von der großskaligen, globalen Geophysik bis zur kleinskaligen oberflächennahen und angewandten Geophysik. Das Manuskript ist vom Niveau her für Anfangssemester in einem Diplom- oder Bachelor-Studiengang in der Geophysik/Ozeanographie, den Geowissenschaften oder der Physik geeignet. Die Theorie-Kapitel sind auf wenige wichtige Formeln und elementare Ableitungen beschränkt. Meßinstrumente, Meßverfahren und Anwendungen werden ausführlich besprochen und durch Beispiele vertieft. Der erste Teil beginnt mit der Entstehung der Erde und der Planeten. Der innere Aufbau der Erde und die Dynamik der Erde folgen im dritten Kapitel. Unterkapitel sind hier bereits die globale Plattentektonik, der Wärmehaushalt der Erde und die Entstehung des Erdmagnetfeldes. Im vierten Kapitel folgt das Schwerefeld der Erde und die Ansätze der angewandten Gravimetrie. Der Sto↵ des fünften Kapitels umfasst die Geomagnetik und den remanenten Gesteinsmagnetismus. In den folgenden Kapiteln wird in weitere Verfahren der angewandten Geophysik eingeführt. Die Gleichstromelektrik wird ebenso behandelt wie Verfahren, die mit elektromagnetischen Wellen arbeiten. Dabei wird auch die Arbeitsweise des Bodenradar und der Magnetotellurik beschrieben. Im vorletzten Kapitel wird in seismische Verfahren eingeführt, die in der angewandten Geophysik eine wichtige Rolle spielen. Hierbei werden nötige Grundlagen der Theorie elastischer Wellen ebenso wie praktische Aspekte der geometrischen Ausbreitung von Raumwellen durch die Erde kurz beschrieben. Das letzte Kapitel ist den Erdbeben und der Seismologie gewidmet. Begleitende Übungsaufgaben sind auf Anfrage erhältlich.