ALBERT

Description: Digitale Technologien und Anwendungen tragen dazu bei, gegenwärtige Verfahren, Prozesse und Strukturen zu verbessern (Improve) oder erste Schritte in eine neue Ausrichtung von Geschäftsmodellen oder Rahmenbedingungen zu gehen (Convert). Gleichzeitig muss die Digitalisierung aber auch für einen umfassenden Umbau von Wirtschaft und Wertschöpfung sowie für die ökologische Neuorientierung von Gesellschaft und Lebensstilen wirksam werden (Transform). Gerade diese letzte Wirkungsebene wird entscheidend für den Erfolg des ökologischen Wandels sein und muss stärker in den Fokus der Debatte rücken. Hier setzt das Projekt "Digitalisierung gestalten - Transformation zur Nachhaltigkeit ermöglichen" an. Innerhalb des Projekts sollen die besonderen Transformationspotenziale der Digitalisierung herausgearbeitet und für Deutschland am Beispiel von drei ausgewählten Handlungsfeldern zu diskutiert werden: 1) Digitale Circular Economy - mit Daten zur Ressourceneffizienz. 2) Intelligente Mobilität im Umweltverbund - vernetzt, attraktiv und klimaschonend. 3) Transparenz für eine nachhaltige Agrar- und Ernährungswende. Diese Studie ist der Startpunkt des Projekts. In dieser skizzieren die Forschenden die Potenziale der Digitalisierung als eine Erfolgsvoraussetzung für den ökologischen Systemwandel in den genannten Bereichen.

Description: Der Oberbürgermeister der Stadt Wuppertal hat in seinem 100-Tage-Programm das Ziel ausgegeben, die Stadt bis 2035 auf den Weg Richtung Klimaneutralität zu bringen. Das Wuppertal Institut hat in einer Sondierungsstudie die zentralen Handlungsfelder zusammengestellt und hebt hervor, welche Herausforderungen damit verbunden sind. Deutlich wird: Wuppertal alleine kann das nicht schaffen. Es braucht dazu veränderte Rahmenbedingungen auch auf Landes- und Bundesebene, die dieses ambitionierte Ziel unterstützen. Doch bis dahin kann auch die Stadt selbst einiges anstoßen.

Description: Die Grundstoffindustrie steht derzeit vor großen Herausforderungen. Die Unternehmen müssen die akuten dramatischen Folgen der Coronakrise bewältigen, aber auch bereits in den nächsten Jahren in neue klimafreundliche Technologien investieren, um das Ziel einer klimaneutralen Wirtschaft im Jahr 2050 zu erreichen. Im Fachforum Energieintensive Grundstoffindustrie beim Grünen Wirtschaftsdialog diskutierten Akteure aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft, welche politischen Instrumente die Transformation der Industrie unterstützen und die notwendigen Investitionen ermöglichen können. Vom Wuppertal Institut wurde für das Fachforum ein Scoping Paper erstellt, welches den Stand der aktuellen Fachdiskussion zu zentralen Politikinstrumenten zusammenfasst und die wichtigsten offenen Ausgestaltungsfragen diskutiert. Das Papier wurde im Austausch mit den Akteuren im Fachforum entwickelt und in mehreren Sitzungen des Forums vorgestellt und diskutiert. Inhaltlicher Schwerpunkt sind Instrumente für faire internationale Wettbewerbsbedingungen, Carbon Contracts for Difference, und Ansätze für Energiepreisreformen.

Description: Die in Paris Ende 2015 beschlossene Vereinbarung gibt das Ziel vor, die Erderwärmung bis 2100 auf deutlich unter 2 Grad Celsius zu begrenzen, möglichst aber auf unter 1,5 Grad Celsius. Die vorliegende Studie setzt sich mit der Frage von Fridays for Future Deutschland auseinander, welche Dimension von Veränderungen im deutschen Energiesystem erforderlich wären, um einen angemessenen Beitrag für das Erreichen der 1,5-Grad-Grenze leisten zu können. Nach Abschätzung des Weltklimarates, dem Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), lassen sich mit dieser Temperaturgrenze die Risiken und Auswirkungen des Klimawandels gegenüber einer stärkeren Erderwärmung erheblich verringern. Die Autorinnen und Autoren haben dabei den Budgetansatz des Sachverständigenrats für Umweltfragen (SRU) der Bundesregierung zugrunde gelegt. Um das 1,5-Grad-Ziel mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 Prozent zu erreichen, ist das Restbudget an damit verträglichen Treibhausgasemissionen eng begrenzt. Für Deutschland bleibt gemäß des Sachverständigenrats für Umweltfragen ab dem Jahr 2020 noch ein Restbudget von 4,2 Gigatonnen CO2. Dabei geht der Sachverständigenrat von der Annahme aus, dass auf globaler Ebene jedem Menschen für die Zukunft ein gleiches Pro-Kopf-Emissionsrecht zugestanden werden soll. Mit dieser Klimaschutzvorgabe geht er deutlich weiter als die aktuellen politischen Vorgaben der Europäischen Union und der Bundesregierung, die diese für sich aus den Pariser Klimaschutzvereinbarungen ableiten. Die vom SRU formulierte Zielmarke lässt sich einhalten, wenn das Energiesystem (Energiewirtschaft, Industrie, Verkehr und Gebäudewärme) bis zum Jahr 2035 CO2-neutral aufgestellt wird und die Emissionen insbesondere in den nächsten Jahren bereits überproportional stark gesenkt werden können. Die vorliegende Studie untersucht die technische und in gewissem Maße auch die ökonomische Machbarkeit einer Transformation zur CO2-Neutralität bis 2035. Ob sich dieses Ziel jedoch tatsächlich realisieren lässt, hängt auch maßgeblich von der gesellschaftlichen Bereitschaft und einem massiven politischen Fokus auf die notwendige Transformation ab. Die Studie gibt somit Aufschluss darüber, inwiefern es grundlegende technologische und wirtschaftliche Hindernisse für die CO2-Neutralität 2035 gibt; nicht jedoch ob die Umsetzung realpolitisch tatsächlich gelingen kann bzw. was dafür im Einzelnen getan werden muss. Neben den technischen und ökonomischen Herausforderungen einer Transformation hin zu CO2-Neutralität bestehen zentrale Herausforderungen auch in institutioneller und kultureller Hinsicht, zum Beispiel bei Themen wie der Akzeptanz für einen starken Ausbau von Erneuerbaren-Energien-Anlagen und von Energieinfrastrukturen oder hinsichtlich der Notwendigkeit eines deutlich veränderten Verkehrsverhaltens.

Description: Wir wollen auf den Mars und sollten doch zuerst einmal auf der Erde landen. Hier warten ungelöste ökologische und ökonomische Probleme auf Lösungen. Stefan Bringezu lässt seine Leser gedanklich auf dem Planeten Erde neu landen. Dabei tauchen Fragen auf: Wie viel Verbrauch verträgt der Planet? Wo greift die Menschheit in natürliche Stoffströme ein, welche zusätzlichen Stoffströme setzt sie in Bewegung und welche Folgen haben diese? Menschliche Gesellschaft und Natur werden zu zwei komplexen Systemen, von denen das eine - die Gesellschaft - an das andere auf Gedeih und Verderb gekoppelt ist. Der Mensch ist in der Lage, seinen "Stoffwechsel" mit der Natur zu optimieren. Wie dieser gemessen werden kann und welche Lösungsansätze es bereits gibt, zeigt dieses Buch. Auch künftig wird es uns möglich sein, gut zu leben und zu wirtschaften, wenn wir den Verbrauch natürlicher Ressourcen nachhaltig gestalten.

Description: Der vorliegende Artikel vergleicht die Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur Erzeugung von Energie (Wärme und Elektrizität), Kraftstoffen und Gebrauchsprodukten anhand von vier ausgewählten Umweltbelastungskategorien. Dazu wurden Ökobilanzdaten aus 11 verschiedenen Publikationen für insgesamt 45 Produktpaare auf Basis nachwachsender und fossiler Rohstoffe analysiert und bezogen auf Einwohneräquivalente pro Hektar landwirtschaftliche Fläche miteinander verglichen. Die Ergebnisse zeigen im Allgemeinen Vorteile für die nachwachsenden Produktalternativen in den Kategorien Nichterneuerbarer Energieverbrauch und Treibhauspotenzial, während Produkte aus fossilen Ausgangs­stoffen beim Eutrophierungspotenzial günstiger abschneiden und sich in der Kategorie Versauerungspotenzial uneinheitliche Resultate ergeben. Durch die Nutzung nach­wachsender Rohstoffe zur Erzeugung von Gebrauchsgütern und Energie lassen sich durch Substitution der fossilen Produktalternativen größere ökologische Entlastungen realisieren als durch die Herstellung von Biokraftstoffen, die als Vollsubstitute für Diesel eingesetzt werden. Wesentliche Nachteile der Biomassenutzung sind mit dem Pflanzen­anbau im Rahmen der konventionellen Landwirtschaft verbunden. Durch andere Bewirtschaftungsformen (z. B. Extensivierung) und eine besser an die jeweiligen Verwendungszwecke angepasste Auswahl bzw. Verarbeitung der nachwachsenden Rohstoffe könnten die Umweltbelastungen durch Energie, Kraftstoffe und Gebrauchs­produkte aus nachwachsenden Rohstoffen deutlich verringert werden.

Description: Durch den weltweiten Austausch von Waren, Informationen und Kapital entsteht eine neueQualität von Wechselbeziehungen in Politik, Wirtschaft, Ökologie und Kultur. Die Textil und Bekleidungsbranche ist besonders gekennzeichnet durch internationale Arbeitsteilung und stellt damit einen Motor der Globalisierung dar. Am Beispiel des Baumwollanbaus wird dargelegt, wie sich im Rahmen der Globalisierung der Konsum der Industrieländer auf die Flächennutzung in den Entwicklungsländern auswirkt und dort zu Flächennutzungskonkurrenzen führt. Der konventionelle Baumwollanbau in Entwicklungsländern birgt eine Reihe von ökologischen und sozioökonomischen Problemen, die durch den kontinuierlich sinkenden Weltmarktpreis für Baumwolle verschärft werden. Handelspolitische Mindeststandards allein sind kein geeignetes Instrument, die Dynamik der Globalisierung zu beeinfl ussen und sowohl ökologisch als auch sozial und entwicklungspolitisch zufriedenstellende Strategien zu entwickeln. Internationale Abkommen zur Durchsetzung ökologischer Normen für Anbau von Rohstoffen und deren Verarbeitung, sowie geeignete Kontrollverfahren für menschenrechtliche Mindeststandards müssen sorgfältig entwickelt und erprobt werden. Mit Unterstützung der Politik (EU, WTO) und anderen weltweiten Zusammenschlüssen sollen Unternehmen, Konsumenten und Forschungseinrichtungen zum Handeln aufgefordert werden. Ein wichtiges Handlungsfeld stellt die Einführung eines Ressourcenmanagements für die gesamte textile Kette dar, welches auch einen effizienteren und nachhaltigeren Nutzen der Agrarfl ächen beinhaltet und damit einen Beitrag zur Reduzierung der Flächennutzungskonkurrenz leisten kann.

Description: In den letzten Jahren sind in der Bauwirtschaft so viele Insolvenzen und Arbeitsplatzverluste zu vermelden gewesen wie in keiner anderen Branche. Darüber hinaus sind immense Ressourcen und Flächenverbräuche sowie heizwärmebedingte Emissionen aufgrund baulicher Aktivitäten zu konstatieren. Die Arbeit versucht den Ursachen für diese Mißstände zunächst in einer umfassenden Diskussion über nachhaltiges Bauen und Wohnen und daran anschließend am Beispiel des Neubaus der Ökologischen Wohnsiedlung Flintenbreite in Lübeck auf den Grund zu gehen und Auswege daraus aufzuzeigen. Zu diesem Zweck werden unterschiedliche Bewertungskonzepte verwendet, die einem Anspruch an eine lebenszyklusweite Betrachtung gerecht werden. Zur Beurteilung der Quantität und Qualität der Flächennutzung wurde eigens ein Berechnungsverfahren auf Basis von Hemerobiestufen entwickelt, das den Natürlichkeitsgrad einer Fläche abbildet. Die ökonomischen Belange werden u. a. mit dem BKI-Kostenplaner des Baukosteninformationszentrums analysiert. Neben der Berücksichtigung allgemein akzeptierter ökologischer Indikatoren wird in dieser Arbeit auch der Versuch unternommen, ökonomische Indikatoren und Indikatoren zur Messung der Sozialverträglichkeit von Siedlungskonzepten zu erstellen und anhand eines praktischen Beispiels auf ihre Praxistauglichkeit hin zu überprüfen.

Description: In den letzten Jahren hat die Technik, die bei geophysikalischen Messungen eingesetzt wird, einen enormen Entwicklungsschub genommen. Hochempfindliche und -spezialisierte Meß- und Registrierapparaturen erhöhen die Genauigkeit der aus der Erde empfangenen Signale und ermöglichen damit das Vordringen in immer tiefere Bereiche der Erdkruste. Während das technische Equipment dem Prozeß einer ständigen Weiterentwicklung unterliegt, ist die Interpretation der gewonnenen Daten jedoch zumeist noch ein manuelles Problem. Zwar bedienen sich heute die Geowissenschaften, insbesondere die datenintensiven Bereiche wie Seismik, Gravimetrie, Magnetik usw., bereits hochentwickelter Computer zur Bearbeitung und Auswertung der Meßergebnisse; um den geophysikalisch-geologischen Interpretationsprozeß jedoch in eine neue Qualität zu überführen, muß die ihm zugrundeliegende Methodik grundlegend überdacht und erweitert werden. Da die konventionelle Datenauswertung im allgemeinen symbolisches Wissen nicht verarbeiten kann, während der Interpretation jedoch zum überwiegenden Teil mit solchem gearbeitet wird, ist es unumgänglich, neben den konventionellen Verfahren auch die wissensbasierte Methodik, die diesen Mangel beheben kann, einzubinden. Die Einbindung symbolischen Wissens bedeutet eine gründliche Analyse des abzubildenden Prozesses, der ihm zugrundeliegenden Prinzipien, Faktoren und Abläufe. In der vorliegenden Arbeit, die sich mit der Abbildung der manuellen Interpretationsmethodik in einem wissensbasierten System befaßt, nimmt dieser Analyseprozeß aufgrund seiner Komplexität und enormen Wichtigkeit einen breiten Raum ein. Kapitel 2 der Arbeit befaßt sich zunächst einleitend mit der Verknüpfung von Geowissenschaften und Informatik. Es gibt einen Überblick über die wissensbasierte Methodik und ordnet den geophysikalisch-geologischen Interpretationsprozeß in die Problematik der Wissensverarbeitung ein. Das übliche Interpretationsverfahren, seine Mängel und Schwachstellen werden im dritten Kapitel kurz erläutert. Die “Abstraktion des Interpretationsprozesses” setzt sich daran anschließend mit der Arbeitsweise des interpretierenden Wissenschaftlers auseinander und definiert somit den Funktionsumfang des zu entwickelnden Systems. Die wissensbasierte Methodik ist vielfältig; um die für die Interpretation geeigneten Ansätze auswählen zu können, faßt das Kapitel in den weiteren Ausführungen die allgemein üblichen Verfahren zusammen. Aus der Fülle der Methoden im zuvorliegenden Abschnitt werden nun die für die Geo-Interpretation geeigneten Verfahren ausgewählt (Kap. 5) und zu einem Interpretationssystem kombiniert. Das Kapitel begründet die Methodenauswahl und gibt einen Überblick über die interne Arbeitsweise des Prototypen, seine Funktionalität und seine Handhabung. Während der beschriebene Modellansatz das Werkzeug zur Interpretation darstellt, setzt sich das letzte und wesentlichste Kapitel (Kap.6) mit der Wissensformalisierung für die Geo-Interpretation auseinander Es beschreibt die Vorgehensweise und die Probleme bei der Entwicklung der Wissensbasis und führt eine detaillierte Untersuchung der einzubindenden Wissensgebiete und ihrer Parameter durch. Die Methodik wird anhand eines seismischen Profilabschnittes getestet und die Ergebnisse abschließend diskutiert. Alle Bestandteile des Prototypen wurden eigenständig entwickelt und programmiert. Das in Kapitel 5 beschriebene Werkzeug ist weitestgehend allgemein gehalten, so daß es nach Austausch der Wissensbasis auch für andere Bereiche nutzbar ist.

Description: In the last years, the technique which is used for geophysical measurements has developed enormously. Highly sensitive and specialized measuring and registration equipment increases the accuracy of the signals received from the earth thereby enabling a penetration into ever deeper areas of the earth's crust. While the technical equipment is subject to the process of constant advancement, the interpretation of the data, however, is mostly still a manual problem. Today the geosciences (in particular data-intensive areas such as seismology, gravimetry, magnetics) already use highly developed computers for the handling and analysis of measurement results; however in order to better the geophysical-geological interpretation process, its underlying methodology must be fundamentally revised and extended. Since conventional data evaluation cannot process generally symbolic knowledge which is mostly used during the interpretation process, it is absolutely necessary to use knowledge-based methodology in addition to the conventional procedures to eliminate this shortcoming. The integration of symbolic knowledge means a thorough analysis of the process which is to be modelled, its underlying principles, factors, and operational sequence. In the work presented here, which discusses the transfer of manual interpretation methodology into a knowledge-based system, the process of analysis takes much room due to its complexity and enormous importance. The introductory chapter 2 of the work describes the linkage of geosciences and computer science. This section gives an overview of the knowledge-based methodology and regards the geophysical-geological interpretation process under the criteria of knowledge processing. The usual interpretation procedure, its shortcomings and weak points are described briefly in the third section. Subsequently, the section "Abstraktion des Interpretationsprozesses" examines the methodology of the interpreting scientist and defines so the function range of the system which is to be developed. Knowledge-based methodology is multi-faceted; in order to be able to select the methods suitable for the interpretation, this section further summarizes the most important knowledge-based procedures. From the abundance of methods described in the past section, the procedures suitable for the geointerpretation are selected (chapter 5) and combined to form an interpretation system. This section justifies the method of selection and gives an overview of the internal structure of the prototype, its functionality and its use. While the described basic approach represents the tool for interpretation, the last and most substantial section (chapter 6) regards knowledge formalisation for geointerpretation. This section describes the methodology and the problems during the development of the knowledge base and analyzes thoroughly the fields of knowledge which are to be integrated and their parameters. Methodology is tested with a part of a seismic profile; and finally the results are discussed. All modules of the prototype were developed and programmed by myself. The tool described in chapter 5 is as far as possible general, so that it can also be used in other areas – after the exchange of the knowledge base.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Das Zauberwort der Ökoeffizienz hat längst die Chefetagen der Wirtschaft erreicht und immer mehr Unternehmen sehen in der Aufgabe, aktiven Klimaschutz zu betreiben, eine Chance für neue Geschäftsfelder. Mit der Ausschreibung des Wuppertaler Energie- und Umweltpreises suchte das Wuppertal Institut umsetzbare Ideen aus dem Umwelt- und Energiebereich, die den Ressourcen- und Energieverbrauch deutlich reduzieren und so maßgeblich zur Verbesserung der Ökoeffizienz beitragen. Dieses Buch von Ernst Ulrich von Weizsäcker und Peter Hennicke (Herausgeber) stellt zwanzig Projekte vor, die von der Jury des Wettbewerbs prämiert oder belobigt wurden.

Description: Die Arbeit stellt einen inhaltlichen Beitrag zur Nachhaltigkeitsdiskussion im Energiebereich dar, ordnet sich in den Forschungsstrang der Energy-Analysis ein und dient der politischen Entscheidungsvorbereitung bei Ungewissheit. Folgenden Fragen wird für die deutsche Ebene im globalen Kontext vornehmlich nachgegangen: - Welchen Kriterien muss ein zukunftsfähiges Energiesystem genügen, mit welchen Technologien und Strategien lässt es sich innerhalb welcher Zeiträume realisieren" - Wie handeln wichtige Akteure und welche Maßnahmen sind nötig" - Sind internationalen Kooperationen notwendig und nach welchen Leitlinien müssen diese gestaltet werden" Die Methode der Methode Energy-Analysis wird zudem durch die Integration aller diskutierten Nachhaltigkeitsdimensionen weiterentwickelt und aktuellen Diskussionen angepasst. Entstanden ist die Arbeit in einem Team des Wuppertal Instituts für Klima, Umwelt, Energie und muss im Kontext der anderen Arbeiten gesehen werden. Zunächst werden so genannte präventive Technologiebewertungen wichtiger technologischer Strategien vorgenommen. Dabei finden Methoden wie Ökobilanzierungen, Systemanalysen, Szenarioanalysen und ökonomische Betrachtungen Anwendung. Daran anschließend erfolgt die Analyse von Technologielinien des Energiebereichs. Diese werden anhand technischer, ökologischer, ökonomischer und sozialer Kriterien in Bezug auf die zuvor festgelegten Ziele bewertet. Der Kern der Untersuchung besteht in dem Durchführen einer systemanalytischen Untersuchung und dem Erstellen von Energieszenarien auf deutscher und globaler Ebene. Es wird damit u. a. der Frage nachgegangen, wie Klimaschutzziele zu erreichen sind. Auf den Szenarien aufbauend erfolgt eine tiefer gehende Betrachtung zweier Teilbereiche, denen eine entscheidende Rolle zukommen wird (Biomasse, Solarkooperation mit Nordafrika). Methodisch werden diese Bereiche aus akteursorientierter und systemischer Perspektive analysiert und daraus Handlungsempfehlungen abgeleitet.

Description: Die mit der Drehwaage gemessenen Ableitungen des Schwerepotentials, insbesondere der Horizontalgradient und die Krümmungsgröße, begründeten ganz wesentlich den kommerziellen Erfolg der Geophysik bei der Suche nach Kohlenwasserstoffen. Die Bedeutung der Drehwaage - und damit die Weiterentwicklung der Auswertemethodik - nahm jedoch mit der weiten Verbreitung von Gravimetern seit etwa 1950 immer mehr ab. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Frage, mit welchen Methoden die Berechnung von Schwerewerten aus Drehwaagemessungen am besten gelingt und verfolgt den Ansatz, eine Synthese aus klassischen Verfahren mit computergestützten numerischen Methoden herzustellen. Bei Lösung dieser Aufgabe dienen die Horizontalgradienten Wxz und Wyz als Eingangsparameter, während die Krümmungsgrößen Wxy und Wyy-xx keine Verwendung finden. Die verschiedenen Methoden werden dazu zunächst an einem synthetischen Modell und später mit Drehwaagedaten von BEB Erdgas und Erdöl GmbH (Hannover) getestet. Dazu sind insgesamt 39 Meßtischblätter im Gebiet Soltau bzw. Wathlingen (Norddeutschland) mit 35000 Drehwaagemessungen digitalisiert worden. Das Verfahren von Haalck liefert trotz seines simplifizierten Ansatzes eine recht gute Übereinstimmung zwischen der aus den Gradienten berechneten Schwere und der Modellschwere (etwa 0.4 x 10-5 ms-2), reagiert jedoch sehr empfindlich auf Datenfehler, die sich in ausgeprägten Verbiegungen der Isolinien der Schwere äußern. Durch nachträgliche Glättung läßt sich jedoch eine Verbesserung erzielen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Abhängigkeit des Ergebnisses von der vorher durchzuführenden Interpolation der Gradienten auf ein regelmäßiges Gitter und die methodenbedingte Mittelwertbildung zweier unabhängig voneinander berechneten Schwerefelder. Diese Nachteile lassen vermeiden, wenn die Berechnung der Schwere aus den Horizontalgradienten als Ausgleichungsproblem formuliert wird, bei dem die vorherige Interpolation der Horizontalgradienten auf ein Gitter entfallen kann und eine gewisse Filterung von Fehlern in den Daten implizit durchgeführt wird. Die hiermit erreichbaren Genauigkeiten betragen bis zu 0.1 x 10-5 ms-2 und liegen in der Größenordnung der Genauigkeit einer Schweremessung. Eine noch flexiblere Berechnungsmethode bietet die Methode der kleinsten Quadrate, bei der sowohl „Rauschen“ in den Daten als auch die gleichzeitige Berücksichtigung von Horizontalgradienten und Schwerewerten möglich wäre. Die hiermit erreichte Genauigkeit beträgt etwa 0.5 x 10-5 ms-2. Die berechneten Schwerewerte lassen einfach sich in bestehende Datensätze integrieren, um Datenlücken zu füllen bzw. die Stationsdichte zu verdichten. In einem vier Meßtischblätter umfassenden Gebiet (Salzstock Wathlingen) konnte auf diese Weise für Teilgebiete eine verbesserte, detailreichere Schwerekarte generiert werden. Eine unmittelbare Verwendung der Horizontalgradienten - ohne vorherige Umrechnung in Schwerewerte - erlaubt die Modellierung von Dichte und Geometrie eines dreidimensionalen Untergrundmodells. Das aus der Modellierung über- und untertägiger Schweremessungen entstandene Dichtemodell des Salzstocks von Wathlingen zeigt auch eine prinzipielle Übereinstimmung zwischen gemessenen und berechneten Horizontalgradienten. Geringfügige Abweichungen sind durch Vernachlässigung von Strukturen in Oberfiächennähe zu erklären. Deren Berücksichtigung und die damit verbundene Modellierung der Horizontalgradienten könnte jedoch eine Verbesserung des bestehenden Modells erbringen.

Description: Torsion balance measurements of derivatives of gravitational potential - especially horizontal gradient and curvature - were a significant factor in the commercial success of exploration geophysics in detecting hydrocarbons. However, with the widespread use of gravimeters since about 1950, there has been a continuous decrease in the importance of the torsion balance and hence in the improvement of methods of analysis. This study aims to establish which are the best methods of determining gravity values from torsion balance measurements. Its approach is to synthesize classical procedures with computer-based numerical methods, taking horizontal gradients Wxz and Wyz as input parameters, but not using the curvature values Wxy and Wyy - xx . The various methods were first tested in a synthetic model and again using torsion balance data supplied by BEB Erdgas and Erdöl GmbH (Hanover). A total of 39 topographical maps (1:25,000) of the Soltau and Wathlingen areas (northern Germany) were digitzed with 35,000 torsion balance measurements. Despite its simplified approach, the Haalck procedure yields a good agreement between theoretical gravity and gravity calculated from gradients (about 0.4 x 10-5 ms-2 ); however it shows a highly sensitive response to data errors, expressed in pronounced deformations of the gravity contour lines. This can be improved by subsequent smoothing. The disadvantage of this procedure is that results depend on prior interpolation of the gradients to a regular grid and taking the mean of two independently calculated gravity fields. These disadvantages may be avoided by formulating the gravity calculation from the horizontal gradients as a least squares adjustment problem, leaving out the prior interpolation of the horizontal gradients to a grid and implicitly filtering errors in the data. Accuracies of 0.1 x 10-5 ms-2 may be obtained in this way and are in the order of magnitude of gravity measurement accuracy. A more flexible method of calculation is the method of least squares collocation by which both "noise” in the data and simultaneous allowance for horizontal gradients and gravity values are possible. Here the accuracy is about 0.5 x 10-5 ms-2. The computed gravity values can be readily integrated in existing datasets in order to fill data gaps or enhance station density. In the case of an area covered by four topographical maps (the Wathlingen salt dome) this method allowed us to create an improved, more detailed gravity map for specific sub-areas. The direct use of horizontal gradients - without prior conversion into gravity values - allows the modeling of density and geometry of a three-dimensional subsurface model. The density model of the Wathlingen salt dome generated by the modeling of surface and subsurface gravity measurements also shows a basic agreement between measured and computed horizontal gradients. Slight deviations are due to the disregard of near-surface structures. However, their inclusion and the simultaneous modeling of horizontal gradients could improve the existing model.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Wie kann eine nachhaltige Landwirtschaft aussehen? Die Studie "Zukunftsfähi­ges Deutschland" gab hier eine eindeutige Antwort: Gefordert wurde die flä­chendeckende Umstellung auf ökologischen Landbau bis 2010 und der Ausbau der Regionalvermarktung. Entsprechend heftig waren die Reaktionen. Ein Ver­gleich mit den realen Entwicklungen der letzten Jahre zeigt, dass man von den hehren Zielen der Studie noch weit entfernt ist.

Description: Die Wirkungen von Stoffströmen sind abhängig von der umgesetzten Menge und den spezifischen Auswirkungen pro Mengeneinheit. Die Menge der Extraktion an Primärmaterial aus der Umwelt kann als vorsorgeorientierter Indikator für ein unspezifisches Umweltbelastungspotential herangezogen werden. Die Materialintensitäts-Analyse ermittelt den kumulierten Materialaufwand (=Material Input) nach fünf Hauptkategorien und setzt diesen in Beziehung zum gewünschten Nutzen (= pro Service-Einheit). Beispielhaft wird die Materialintensität verschiedener Systeme der Energieversorgung und des Wasser- und Abwassermanagements verglichen. Ein integriertes Ressourcenmanagement schließt bei einer umfassenden Systemsicht neben einer Minimierung des Ressourcenaufwandes auch die Verminderung kritischer Emissionen ein. Es erfordert ein sektorübergreifendes Stoffstrommanagement und die Berücksichtigung ökonomischer, technologischer, organisatorischer und sozialer Aspekte sowie der regionalen Besonderheiten. Ansätze hierzu werden vorgestellt.

Description: Diese Arbeit beruht auf der Nachbebenserie des Antofagasta-Bebens vom 30.07.1995. Die Nachbebenserie wurde während des CINCA ’95 Projektes in einer Zusammenarbeit zwischen den Instituten der Freien Universität Berlin und des GFZ Potsdam, im Rahmen des Sonderforschungsbereich 267, der BGR (Hannover), und des GEOMAR (Kiel) gemessen. Dazu wurde ein Netzwerk aus 50 Stationen on- und offshore im Zeitraum zwischen dem 10.08.1995 und dem 11.10.1995 betrieben. Das Netzwerk überdeckte insgesamt 310 km (22°10'S - 25°S) in Nord-Süd und 185 km (71°10'W - 69°20'W) in Ost- West-Richtung. Aus den gepickten P-und S-Einsätzen der Beben wurde mit dem Programm simulpsl2 ein 3D Geschwindigkeitsmodell berechnet. Das Modell zeigt Strukturen, die bereits früher mit aktiver Seismik gemessen wurden. So konnte entlang der Küste eine Hochgeschwindigkeitszone (vP ≈ 7.0 km/s) in 20 km, und eine Niedriggeschwindigkeitszone (vP ≈ 6.25 km/s) in 30 km Tiefe gemessen werden. Die Hochgeschwindigkeitszone wird als jurassische Unterkruste, die postjurassisch gehoben wurde, interpretiert. Im unteren Bereich kann die Hochgeschwindigkeitszone auch aus teilserpentinisierten jurassischen Mantelgestein bestehen. Als Interpretation für die Niedriggeschwindigkeitszone wird hydraulic fracturing favorisiert. Die Niedriggeschwindigkeitszone ist nicht durchgehend vorhanden. Bei 24°S befindet sich stattdessen ein Block hoher Geschwindigkeiten, der im oberen Bereich mit der Hochgeschwindigkeitszone verbunden ist. Der ozeanische Mantel konnte zwar in den Inversionen modelliert werden, jedoch war hier die Durchstrahlung nicht hinreichend, um genauere Angaben über seine Geschwindigkeit, oder seine Oberkante zu erhalten. Auch die oberen Bereiche der kontinentalen Kruste konnten nur unzureichend aufgelöst werden, da sich die Strahlen hier kaum kreuzten. Zusammen mit dem vP-Geschwindigkeitsmodell wurde auch das vP/vS- Verhältnis berechnet. Dabei konnte die Hochgeschwindigkeitszone mit einem vP/vS- Verhältnis von 1.76 - 1.81 korreliert werden. Die Niedriggeschwindigkeitszone kann mit einem vP/vS- Verhältnis von 1.67 - 1.76 korreliert werden. Mit dem 3D-Modell konnten fast alle Beben mit einer besseren Tiefengenauigkeit als 1 km lokalisiert werden. Der Hauptteil der Beben befindet sich in einem schmalen Bereich zwischen kontinentaler und ozeanischer Platte. Jedoch wurden auch einige krustale Beben detektiert. Desweiteren konnten einige Beben im ozeanischen Mantel gemessen werden. Die Bereiche, in denen das Modell gut bzw. schlecht bestimmt ist, wurden durch einen Vergleich verschiedener Modelle klassifiziert. Bei dieser Methode wurden Modelle mit verschiedenen Knotenebenen berechnet. Bereiche, in denen sich diese Modelle stark unterschieden, wurden über die Geometrische Spreizung als „schlecht aufgelöst“ klassifiziert. Weiterhin wurde die Wirkung verrauschter Daten auf die Inversion betrachtet, um den Einfluß ungenauer Picks auf das Modell zu erhalten. Zusätzlich wurden die Magnituden-Häufigkeits-Parameter für die Bebengebiete in ≈ 40 km, ≈ 100 km, sowie ≈ 200 km aus Daten verschiedener Kataloge berechnet. Es zeigte sich, daß die Beben in 100 km Tiefe nicht durch einen einzigen Magnituden-Häufigkeits-Gradienten („b-Wert“) beschreibbar sind. Dazu wurde vorgeschlagen, daß sich die tektonische Spannung hier aufbaut, und bei einer Magnitude von etwa 5.6 entlädt. Für die Beben in etwa 40 km Tiefe wurde weiterhin die zeitliche Änderung der Magnituden-Häufigkeits-Parameter zwischen 1973 und 1998 untersucht. Dabei konnte zum einen ein Trend von kleinen zu großen b- Werten zwischen 1977 und 1983 festgestellt werden. Für die nachfolgenden Jahre, bis 1995, wichen die Magnituden-Häufigkeits-Kurven fast immer so stark von einer Geraden ab, daß die Parameter nicht berechnet werden konnten. Als problematisch erwies sich die Umrechnung der Parameter zwischen den Lokalmagnituden (CINCA ’95) und den Raumwellenmagnituden (PDE-Katalog). Hier reichten die Beben, die in beiden Katalogen verzeichnet sind nicht aus, um eine Regressionsgerade zu erstellen. In Anbetracht dieser Problematik wurde in der Arbeit auch eine Methode formuliert, die Magnituden mittels der Magnituden-Häufigkeits-Parameter ineinander umzurechnen.

Description: This work is based on aftershock series of the Antofagasta event (30.07.1995). The aftershocks were recorded within the project CINCA ’95, as a collaboration between the Freie Universität Berlin and the GFZ Potsdam (within the frame of the collaborative research center 267), the BGR (Hannover) and the Geomar (Kiel). The seismological part of CINCA ’95 was performed with a network of 50 stations (on- and offshore) 10.08.95 and 11.10.95. The itself network covered an area of 310 km (22°10'S – 25°S) by 185 km (71°10'W – 69°20'W). A 3D velocity model has been obtained with the use of the program simulpsl2 from the P- and S-onsets of the events. Several structures which were known from previous active seismic experiments were resolved by the 3D model: a high velocity zone (vP ≈ 7.0 km/s) at a depth of 20 km and a low velocity zone ( vP ≈ 6.25 km/s) at a depth of 30 km. Generally, the high velocity zone is corellated to a vP/vS-ratio of 1.76 - 1.81, whereas he low velocity zone is corellated to a vP/vS-ratio of 1.67 - 1.76. The high velocity zone was explained as jurassic lower crust which was elevated in post Jurassic times. In its lower parts the high velocity zone possibly consists of former mantle material which was partly serpentinized. The low velocity zone was interpreted as material which is modified by upwelling fluids (hydraulic fracturing). In the southern part of the model (24°S) the low velocity zone is absent. In this region a block of high velocities was found which is connected to the high velocity zone. The oceanic mantle was computed within the 2D inversion step. However, the ray density was not adequate to gain sufficient information from the 3D inversion about the seismic velocity or the upper edge of the oceanic mantle. The upper regions of the continental crust were not sufficiently resolved as well. The majority of earthquakes was localized with a precision higher than 1 km. Most earthquakes were found in a small region between the continental and the oceanic plate. However, several crustal events were detected in the continental plate. Moreover, several events were detected within the oceanic mantle. A comparison of models obtained from different inversions was used to classify the quality of the regions of the model. This method included the computation of models with varying grids. Regions where the seismic velocities varied strongly with respect to the different models were classified as “low resolved“. From this classification a threshold value of the geometrical spread was determined. The influence of inexact picks on the model was investigated by inversions with noisy data. Additionally, the magnitude - frequency parameters were computed for earthquakes at ≈ 40 km, ~ 100 km and ≈ 200 km depth. As a single straight line is not adequate to describe the magnitude - frequency distribution in ≈ 100 km depth, it was proposed that the tectonic stress in this region rarely exceeds values which generate earthquakes with a magnitude of roughly 5.6. For the region of ≈ 40 km depth the temporal (1973 to 1998) variation of the magnitude - frequency parameters was investigated. It was found that the b-values increase between 1977 and 1983. In subsequent times the magnitude - frequency distribution can not be described by a straight line. The large quantity of events which were recorded within CINCA ’95 lead to accurate magnitude - frequency parameters. However, only a few events were listed in both, the PDE and the CINCA catalogue. Thus, the local - magnitudes (CINCA) could not be transformed sufficiently to body wave magnitudes by the use of regression. A formula was derived which transforms the magnitudes if all events belong to the same set of magnitude frequency parameters.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Eine für die Zentralanden erstellte geowissenschaftliche Datenbank erfaßt die umfangreichen Forschungsergebnisse des SFB 267 wie auch externe Datensätze in Form eines zentral verwalteten Dateisystems. Ein Datenkatalog, welcher seit Mitte 1996 auch im World Wide Web (WWW, URL: http://userpage.fu-berlin.de/~data) verfügbar ist, bietet einen Überblick über die aktuelle Datenbasis und erleichtert den allgemeinen Zugriff auf die einzelnen Datensätze. Vorgestellt werden ferner verschiedene Methoden zur Analyse raumbezogener Daten aus Bereichen der Statistik (streifen-gemittelte Topographieprofile, Standardabweichung, Korrelationen, Fraktale) , Bildverarbeitung (direktionale Richtungsfilter) , Geomorphometrie (Neigung und Vertikalwölbung) und Numerik (Horizontalgradienten, FFT). Die Anwendung dieser Verfahren bezüglich einer regionalen Strukturierung wird am Beispiel der für die Zentralanden flächendeckend vorliegenden Topographie und Schwerefelder getestet und mit den aus langjährigen Untersuchungen in den Anden zur Verfügung stehenden Forschungsergebnissen verglichen. Endogene und exogene Prozesse spiegeln sich in den topographischen Erscheinungsformen wider. Insbesondere mit Hilfe der geomorphometrischen Analyse und der FFT-Filterung lassen sich für die morphostrukturellen Einheiten typische Merkmale sehr gut herausarbeiten. Auch mit einer einfachen Statistik (streifen-gemittelte Topographieprofile, Berechnung von Minimum, Mittelwert, Maximum und Standardabweichung einzelner Untersuchungsgebiete) können für die ausgewählten Gebiete charakteristische Unterschiede ermittelt werden. Im Hinblick auf die Topographie unterscheidet sich bei allen Untersuchungsmethoden am Westrand der Zentralanden der hyperaride Norden im Bereich der Atacama Wüste deutlich vom weniger trockenen Süden. Studien zur fraktalen Geometrie der Geländeoberfläche zeigen, daß sich die andine Topographie skaleninvariant verhält und tektonische wie klimatische Einflüsse sich in der geometrischen Variation der Geländeoberfläche widerspiegeln. Morphologisch zergliederte Zonen, wie das durch starke Verkürzungen gekennzeichnete Subandin oder der Südwestrand der Zentralanden, weisen im Vergleich zur fraktalen Dimension des Gesamtgebietes eine höhere fraktale Dimension auf, während das hyperaride Gebiet im Bereich der Atacama Wüste durch einen vergleichsweise niedrigen Wert gekennzeichnet ist. Mit der direktionalen Lineamentverstärkung, z.T. aber auch mit anderen Methoden wie etwa der Darstellung der Neigungsrichtung, werden die wichtigsten Störungszonen (z.B. das Atacama- oder das Präkordilleren-Störungssystem) weitestgehend erfaßt. Auf dem Pazifik bilden sich - sowohl bei der geomorphometrischen Untersuchung wie auch bei der Lineamenterkennung - entlang der Peru-Chile-Tiefseerinne die im CINCA Experiment beobachteten morphologisch-tektonischen Charakteristika (Reichert et al., 1997), wie z.B. die Blocktektonik innerhalb einer ca. 50 km breiten, westlich der Tiefseerinne verlaufenden Zone, ab. Gravimetrische Lineamente, die aus den maximalen Horizontalgradienten im Schwerefeld abgeleitet werden, weisen auf abrupte, laterale Dichteänderungen hin, sind jedoch in den Zentralanden nur in Einzelfällen mit den an der Oberfläche anstehenden lithologischen Einheiten oder Störungszonen korrelierbar. Die zweidimensionale Korrelation im moving window Verfahren hat sich als nützliches Instrument zur Analyse von sich gegenseitig beeinflussenden, raumverteilten Datensätzen erwiesen. Die Wahl der Fenstergröße erlaubt, zwischen einer regionalen und einer eher lokalen Analyse zu differenzieren; mit Hilfe einer geeigneten Visualisierung lassen sich die Beziehungen zwischen den Variablen schnell erfassen. Die räumlich differenzierte, quantitative Analyse der Korrelation zwischen Schwerefeld und Topographie in den Zentralanden zeigt, daß nicht nur die Bouguer-Anomalie sondern auch das isostatische Restfeld stark negativ mit der Geländehöhe korreliert.

Description: A geoscientific database was established for the area of the Central Andes, which includes information about past and current research conducted within the frame of the ’SFB 267 - Deformation Processes in the Andes’ (Berlin, Potsdam) as well as data from external sources. The catalogue, which since 1996 is also available on the Web (WWW, URL: http://userpage.fu-berlin.de/~data/ provides a general view of the database architecture and contents, and facilitates common and easy access to singular sets of data. In addition, various methods for the analysis of spatial data from disciplines such as statistics (swath-averaged topographic profiles, standard deviation, correlation, fractals), digital image processing (directional filtering), geomorphometry (inclination and vertical doming) and numerical methods (horizontal gradient, Fast Fourier Transformation [FFT]) are presented in this thesis. Application of these techniques for structural analysis on a regional scale was tested for the Central Andes, for which topographic coverage is complete, as well as for associated gravity fields, and compared with information generated during long term investigations in the Andes. Endogenous and exogenous processes are mirrored in topographic forms and landscapes. Characteristic features of morphostructural units are particularly well characterized when employing geomorphometric analyses and FFT filter techniques. Even simple statistical methods (swath-averaged topographic profiles, calculation of minimum, mean, maximum and standard deviation) for selected areas allow recognition of specific features and characteristic variations. As far as topography is concerned, distinct differences between the hyperarid northern portion of the western Central Andes (Atacama Desert) and lesser arid southern sectors are evident for all methods employed. Studies of the surface fractal geometry show an invariance of scale of the Andean topography. Structural and climatic influences are mirrored in geometric variations of the landscape. Morphologically intensely structured portions, like the Subandean ranges, characterized by pronounced crustal shortening, or the southwestern margin of the Central Andes are marked by a higher fractal dimension, when compared to the entire area studied, whereas the hyperarid portion of the Atacama Desert is characterized by a lower fractal dimension. Directional lineament enhancement, but other methods such as areal inclination detection as well, allow to accentuate major zones of structural weakness, such as the Atacama and Precordilleran fault systems. Both, geomorphometric investigations and lineament recognition, enhance morpho-structural features such as block-faulting of oceanic lithosphere along the Peru-Chile deep sea trench in a 50 km wide sector to the west of the subduction zone, and verify results gathered during the CINCA experiment (Reichert et al., 1997). Gravimetric lineaments, derived from maximum horizontal gradients in gravity fields of the Central Andes, point to abrupt lateral density variations, but can only occasionally be correlated with outcropping lithologic units or fault zones. The two dimensional correlation using the moving average technique has proven to be useful for analysis of mutually influencing and spatially arranged data sets. Selection of a proper window size allows to differentiate between analyses on regional resp. local scales. Employing proper visualization, relations between variables are easily detectable. A spatially differentiated and quantitative analysis of the relationship between gravity field and topography in the Central Andes shows a strong negative correlation of altitude with Bouguer anomaly and isostatic residual field.

Description: http://www.cms.fu-berlin.de/sfb/sfb267/results/data_catalogue/index.html

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