ALBERT

Description: In der Geoelektromagnetik werden oft großflächige Quellen, beispielsweise Leiterschleifen, näherungsweise als Punktquellen aufgefasst. Diese Annahme ist jedoch nur für hinreichend große Entfernungen zwischen Quelle und Messpunkt zulässig. Da die Messung mit relativ kleinen Spulen durchgeführt werden, die Sendespulen aber bis zu 10 000m2 Spulenfläche aufweisen, liegt es nahe, das Reziprozitätsprinzip auszunutzen, um Sender und Empfänger zu vertauschen. So wird das Feld eines Sendedipols am Ort des eigentlichen Empfängers genutzt, um über die Lösung dieses Dipols am Ort des eigentlichen Senders zu integrieren. Die Integrationsfläche entspricht dabei der Fläche der eigentlichen Sendeschleife. Dabei kann die Lösung des Dipols entweder analytisch über homogenen oder geschichteten Leitfähigkeitsmodellen oder numerisch über beliebigen Leitfähigkeitsverteilungen berechnet werden. Um den Einfluss der Spulengeometrie abzuschätzen, gen¨ugt meist die Auswertung der analytischen L¨osung. Die numerische Integration geschieht dabei durch eine zweidimensionale Gaußquadratur. Eine Konvergenzstudie zeigt die Abhängigkeit der Genauigkeit dieses Ansatzes von der Knotenzahl der Gaußquadratur in Verbindung mit ausgew¨ahlten Entfernungen zwischen Senderzentrum und Messpunkt.

Description: Vorliegender Datensatz gibt auf Basis einer Analyse im Dezember 2015 im re3data.org - Registry of Research Data Repositories1 einen Überblick über Forschungsdaten-Repositorien die unter Beteiligung deutscher Institutionen betrieben werden.

Description: Vortrag beim Workshop „Der Kerndatensatz Forschung - und nun? - Nutzen, Grenzen und Umsetzungsstrategien des Kerndatensatz Forschung und von Forschungsinformationssystemen“

Description: Die vorliegende Ausgabe des GFZ-Journals „System Erde“ soll einen Einblick in die am GFZ betriebene Forschung zur Seismologie geben.

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: In the course of converting the energy supply from fossil-based to more sustainable regenerative energy resources, the use of the geological underground for energy storage purposes is becoming increasingly important to achieve the national climate policy goals. The geological underground offers opportunities for the storage of hydrogen, CO2 and synthetic gas as well as for the permanent storage of hazardous and environmentally harmful substances, e.g. radioactive waste. In the course of the energy transition and the discussion on climate change mitigation options, the demand for new storage technologies and corresponding scientific research is increasing. An indispensable prerequisite for the further development of new storage technologies are scientific pilot sites and underground research laboratories. Building on its expertise in geological storage, the GFZ is conducting projects for CO2 and H2 storage as well as for nuclear waste disposal to study technological implementation and long-term safety. This research forms an indispensible contribution of the region Germany/Central Europe to the European climate and energy strategy.

Description: Sinkholes are circular to elliptical depression or collapse structures in the Earth’s surface, caused by dissolution and subsurface erosion of soluble rocks such as salt, sulfate and carbonate in the presence of groundwater. Depending on the subsoil structure and generation process, sinkholes may form continuously growing depressions at the surface or collapse abruptly into deep holes with diameters up to several tens of meters. Individual process components may be simple and can easily be understood, but the interaction of different processes ahead of a collapse and precursor phenomena with different rates and dimensions impede full process understanding. The joint project SIMULTAN develops and applies an early recognition system of sinkhole instability, unrest, and collapse, with combining structural, geodetic, geophysical, petrophysical, and hydrogeological mapping methods, accompanied by sensor development, multi-scale monitoring, modelling, and an information platform. Sinkhole-affected areas in Germany are based generally on salt highs (e.g., northern Germany), sulfate karst or carbonate karst (mainly southern Germany). The investigations focus in two areas (Hamburg, Thuringia), for which sinkhole unrest has been identified. While local authorities provide individual information and maps about areas of potential sinkhole hazard, a standardized and collective recognition system does not exist, relevant for especially urbanized areas.

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: Vierzig Prozent der gesamten Klimagas-Emissionen aus der deutschen Landwirtschaft gehen von trockengelegten Mooren aus. Die damit verbundenen gesellschaftlichen Kosten sind höher als der private betriebliche Nutzen. Die Wiedervernässung unserer Moorböden würde einen großen Beitrag zum Klima- und Gewässerschutz leisten. Außerdem würden mehr als 50 landwirtschaftlich nutzbare Pflanzenarten auch auf natürlich erhaltenen Moorböden gedeihen.

Description: Die Arktis erwärmt sich schneller als der Rest der Welt. Damit verringert sich der Temperaturunterschied zwischen Äquator, gemäßigten Breiten auf der einen und Arktis auf der anderen Seite. Dieser Unterschied treibt jedoch das starke Westwindband der Nordhalbkugel an und bestimmt dessen Bahnen und Stärke mit. Der sogenannte Polar-Front-Jetstream hat große Bedeutung für unser Wetter in Deutschland.

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: Die Gletscher in Hindukusch, Himalaya oder Karakorum sind bedeutende Eisspeicher. Sie versorgen einige der wichtigsten Flussregionen der Welt wie den Ganges, Indus, Brahmaputra, Mekong oder auch den Irrawaddy mit Wasser. Neue Forschungsergebnisse zeigen, wie sehr die Gletscher in den asiatischen Hochgebirgen gefährdet sind.

Description: Mit ihren katastrophalen Auswirkungen, die den ganzen Globus betreffen, stellen Supereruptionen alle geschichtlich dokumentierten Eruptionen in den Schatten.

Description: Supereruptions represent enormous natural disasters which potentially impact the whole planet. They are unlike any other known and documented eruption.

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: Weltweit stiegen die Temperaturen im Permafrost um durchschnittlich 0,30 °C zwischen 2007 bis 2016, dies vor allem im Norden Russlands. Die Erwärmung des Permafrosts hat drastische Folgen für das globale Klima, aber auch für die Infrastruktur in der Arktis und das Auskommen der vier Millionen dort lebenden Menschen.

Description: Worldwide permafrost temperatures rose on average by 0.30°C over a ten year period from 2007 to 2016 most notably in the Russia North. Permafrost warming has drastic consequences for global climate but also for infrastructure in arctic communities and for the livelihood of the four million people that live there.

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: Die Weltklimakonferenz ist in Bonn zu Ende gegangen. Es wird klar, dass die Vertragsstaaten des Pariser Abkommens ohne die USA auskommen müssen.

Description: Bei phreatischen Eruptionen fehlen häufig warnende Vorzeichen. Der plötzliche Ausbruch des japanischen Vulkans Ontake im Herbst 2014 traf viele unvorbereitet.

Description: Phreatic eruptions often occur without any forewarning. Many were unprepared for the sudden eruption of Ontake volcano, Japan in autumn 2014.

Description: Menschliche Eingriffe ins Flusssystem oder natürliche Faktoren: Welche Einflüsse wiegen wie stark? Forscher des GFZ modellierten dies quantitativ.

Description: Human encroachment on the river system or natural factors: what are the influences and how heavily do they factor in? Researchers at the GFZ quantitatively modelled the impact.

Description: Angesichts der anhaltend dynamischen Veränderungen, welche die Digitalisierung für alle Wissenschaftsbereiche mit sich bringt, erscheint der Bedarf an einer Vernetzungs-, Abstimmungs- und Handlungsstruktur wie der Allianz-Initiative ungebrochen hoch. Die erfolgreiche Zusammenarbeit der deutschen Wissenschaftsorganisationen in der Allianz-Initiative wird daher für die Jahre 2018 bis 2022 fortgesetzt. Die Grundlagen der Zusammenarbeit werden im vorliegenden Leitbild Den digitalen Wandel in der Wissenschaft gestalten. Die Schwerpunktinitiative „Digitale Information“ der Allianz der deutschen Wissenschaftsorganisationen 2018 – 2022 dargelegt. Das Leitbild beschreibt Grundsätze und Anspruch der Allianz-Initiative (Kapitel 1), umreißt die Ausgangslage und das thematische Umfeld, in das sich die Initiative in ihrer dritten Periode der Zusammenarbeit einfügt (Kapitel 2) und benennt die Handlungsfelder des digitalen Wandels in der Wissenschaft sowie die sich daraus ergebenden potentiellen Arbeitsschwerpunkte für die Allianz-Initiative „Digitale Information“ (Kapitel 3).

Description: Subduction earthquakes are the most powerful naturally occurring terrestrial processes often resulting in catastrophic fatality counts and decimation of human infrastructure. Over the past decades, great efforts have been undertaken to improve the understanding of the subduction earthquake physics. The Integrated Plate Boundary Observatory in Chile (IPOC) is a multi-instrument network installed in 2007 in the Northern Chile Seismic Gap, where a large magnitude earthquake was expected soon. On April 1st 2014, a portion of the IPOC-monitored region broke, producing the Mw 8.1 Iquique earthquake. In the year leading up to this event, IPOC’s instruments captured some unusual transient seismic and geodetic signals, resulting in a unique dataset recording the preparatory phase of a large earthquake. We combined IPOC data with satellite radar interferometry (InSAR) data to analyze not only the earthquake itself but also the interseismic phase and a detailed foreshock series before the main event. We found that the earthquake ruptured a zone on the plate interface that was highly locked before the earthquake. Additionally, we were able to characterize the aseismic (silent) slip that occurred in the two weeks leading up to the event by combining seismic and geodetic data. Application of these analyses in real-time might enable geoscientists to identify runaway processes that can precede large subduction earthquakes.

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: Rupture processes show strong similarities on broad spatial scales suggesting that in parts the governing physics for microcrack formation in the laboratory or a large earthquake along a tectonic plate boundary are the same. We discuss examples ranging from rock deformation experiments in the laboratory under controlled boundary conditions, induced seismicity in mines and geological reservoirs to natural earthquakes posing tremendous seismic hazard to population centers. We describe fundamental relations for the entire bandwidth of rupture processes involving fractures, faults and shear zones and their seismic characteristics such as b-value or seismic source properties. Laboratory tests on small-scale rock samples allow studying aspects of processes that control earthquake nucleation and rupture propagation. However, up-scaling of laboratory results to the field scale requires that dominant deformation processes remain the same on vastly different scales, and that potential effects of changing kinematic boundary conditions may successfully be accounted for by appropriate constitutive equations. Our approach shows that constitutive models capturing fundamental physical processes on the laboratory scale may be successfully applied to improve process understanding of deformation on the field scale with the potential to improve seismic hazard estimation.

Description: The element carbon forms the basic building block of all organic biomass on Earth. It consists of two stable isotopes with a mass of 12u (atomic mass unit) and 13u. Biological formation, degradation and alteration processes fractionate the carbon isotopes. Biological systems typically prefer the incorporation of 12C into their biomass and discriminate with regard to 13C. Thus, the compound-specific carbon isotope analysis on characteristic biomolecules for specific precursor organisms allows to assess biological sources and processes being involved in the biological cycling of carbon and to conclude on environmental and climatic conditions affecting these processes. Here two examples from the ongoing work at GFZ are presented showing the influence of geogenic processes on biological systems. This Geo-Bio-coupling is revealed by analyzing the carbon isotope composition of specific key components in the respective biological carbon system. Carbon sources and biological processes were discovered and the obtained results provide deep insights into the feedback of biological ecosystems to increased levels of greenhouse gas concentration in natural systems.

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: Detailed geological mapping in the Barberton Mountains of north-eastern South Africa has identified units once deposited on a river flood plain. Investigations using an optical microscope have found structures that strongly suggested they developed within a soil profile, and these units had been previously dated to an age of 3.22 billion years. Within these soil horizons we found pyrite grains (FeS2) which contained rounded cores, and these most likely resulted from abrasion during river transport. These cores are commonly overgrown by pyrite rims that have well expressed morphologies. Furthermore, trace element data indicate these rims crystallized on the grain cores at or near the time of soil formation. Using a Secondary Ion Mass Spectrometer, a highly advanced analytical technology, we found that the sulphur isotopic composition of the pyrite cores is consistent with a magmatic origin. In contrast, the rim forming pyrite has a 34S/32S isotope ratio which is some 20 ‰ lower, indicative of a biological processing of sulphur. Our results demonstrate that biological processes were already taking place outside of the marine environment at 3.22 billion years ago, which is 400 million years earlier than previously documented.

Description: Seismology is often associated with the investigation of earthquake processes and indeed this is a very important target of the science. However, seismology is also the primary means by which we can obtain images of the internal structure of the Earth on all scales, ranging from the deep interior, i.e. the Earth’s core and lower mantle over the mantle lithosphere and crust, the scale at which plate tectonics ‘happens’ all the way to the unconsolidated material in the near-surface. Seismology uses earthquakes and artificial sources as signal generators but also the ambient background wavefield, previously considered to be merely noise. Methodological and instrumental innovations have allowed ever more detailed investigations of the earthquake process and the seismic structure, and opened up new targets such as as the monitoring of geomorphological events and investigations of the time-dependency of seismic structure. Finally seismology is not restricted to waveform analysis and the instrumental period but draws on historical data and, in the field of paleoseismology, geological markers to constrain seismic activity in the pre-instrumental past. Direct societal benefits from seismology accrue for example from improved seismic hazard estimates and early-warning technologies in the area of natural hazards, from improved recovery and usage of natural resources, including geothermal energy as a sustainable energy source and much more, e.g. the possibility to monitor and thus enforce compliance with the nuclear test ban treaty.

Description: In the Earth’s subduction zones, some material from the down-going plate is transferred into the overlying mantle wedge and partly into subduction-related volcanic rocks. Lithium (Li) and boron (B) of subducted rocks, in particular of altered oceanic crust and siliciclastic sedimentary rocks, show a large and characteristic variation in their isotopic compositions. During progressive metamorphism and partial melting of the subducting material, Li and B are largely lost from the subducted rocks by fluid-mediated processes. The rising fluids eventually produce a geochemically and isotopically heterogeneous mantle wedge just above the subducting plate. The loss of Li and B from the down-going rocks is controlled by mineral stability in the subducting slab. Small-volume melts from this mantle wedge inherit the isotopic and chemical signature of the subducted material, i. e., of the altered oceanic crust and/or of siliciclastic sedimentary rocks. Thus, small-volume melts derived from the mantle wedge may reveal the nature of old sutures in orogenic belts.

Description: From 15 years of time-variable gravity fields of the GRACE mission, the mass-induced part of the global mean sea-level rise is estimated to be 1.5 mm/a, superimposed with large seasonal and also interannual variations as a consequence of climate change and anthropogenic use of continental water resources. Circulation-induced bottom pressure anomalies additionally observed by GRACE are found to be in line with predictions from ocean general circulation models and are related to large-scale variations in ocean transport in response to shifts in the surface wind regimes.

Description: Petroleum hydrocarbons in reservoirs are subjected to different degrees of abiotic and biotic alteration processes, which often have strong economic consequences since they lead to a decrease in oil quality and reduce the total volume of petroleum in place. Moreover, producibility of the respective fluids strongly depends on physical properties and hence composition. To evaluate these microbial processes in more detail, different approaches can be followed. Here, the changes in stable carbon isotopic signatures of petroleum hydrocarbons are evaluated in detail as biodegradation processes are known to result in an enrichment of the heavier isotopes in the residual hydrocarbons. The change in the isotopic composition can be used to quantify biodegradation by applying the Rayleigh-equation. The Rayleigh-equation correlates the decrease in concentration and the enrichment in the isotopic composition by a fractionation factor (a). This factor depends on the degradation mechanism and the substrate molecule and can be derived from degradation experiments. Thus, the use of carbon isotope ratios has become a sensitive tool in identification and quantification of biodegradation processes in petroleum reservoirs. This quantification is demonstrated using a set of slightly to moderately biodegraded crude oils from the Gullfaks oil field which was analysed for δ13C of the light hydrocarbons.

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: 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: A glance at the stars and, based on their location in the night sky, the calculation of your individual position on Earth was one of the three approaches used 125 years ago by the Royal Prussian Geodetic Institute on the Telegrafenberg. When “Sputnik 1”, the Earth’s first artificial escort (lat. Satellite), took up duty in 1957 the night shift for an astronomical geodesist changed dramatically. From that moment on not only objects from the catalog on stars were taken into account but satellites were now also tracked. Since then, the role of satellites in all geoscientific research has been steadily increasing. For a long time, satellites have not only provided details on position, but this modern positioning also provides exciting insights into the Earth‘s atmosphere. Furthermore, for years, satellites themselves have also provided images of the Earth‘s surface so that geo-researchers can, thus, analyze ongoing processes on the surface of our planet. This paper presents a loose outline of the development of satellite application on the Telegrafenberg and puts the reader in the mood for the following articles on geoscientific applications of satellites at the GFZ.

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: Deep seismic sounding provides important information on the seismic structure of the crust. Seismic experiments make use of controlled sources (explosions, Vibroseis) or natural sources (earthquakes, ambient noise), or combinations of both types. Seismic velocities are derived from modelling or tomographic inversion of diving waves and refractions. Particularly the combined interpretation of compressional and shear velocities allows for insight into the lithological structure of the crust. Seismic reflectivity is derived from imaging of waves reflected at geological boundaries. Typical patterns of crustal reflectivity are observed for specific tectonic settings. Case studies are shown from two studies at plate boundary systems. (1) The old plate boundary at the Namibian margin was formed by Cretaceous continental rifting and its interplay with the activities of the Tristan da Cunha mantle plume. Traces of intensive magmatic overprinting of the crust at the landfall region of Walvis Ridge can be seen in the derived velocity model and also in the reflectivity image. (2) The Dead Sea transform marks the active boundary between the African and Arabian plates. The Dead Sea basin was formed by pull-apart in response to step-over of the fault system. Results from tomography reveal a deep asymmetric basin structure. An anomalous body was found under the basin, between 13 and 18 km depth, which is interpreted as pre-basin sediments. Our results are supported by the distribution of earthquakes. The results provide new constraints for the modeling of plate boundary processes.

Description: Für erfolgreich betriebene Wissenschaft ist es unerlässlich, als Forschender auf seinem Fachgebiet die neuesten Entwicklungen zu verfolgen. Dafür bietet Current Awareness (CA) Wissenschaftlern eine Reihe von kommerziellen Services und Dienstleistungen an, aber auch Alternativen wie das Suchportal ALBERT. Mit dieser Arbeit wird die Funktion von ALBERT als CA-Service hinsichtlich Aktualität und Informationsbedarf von Wissenschaftlern untersucht. Der erste Teil der Arbeit vergleicht die Erfassungsgeschwindigkeit von Metadaten von Artikeln in ALBERT mit den etablierten Datenbanken Web of Science, Scopus und PubMed. Im zweiten Teil der Arbeit werden auf Grundlage von Experteninterviews Aspekte ausgewertet und diskutiert, die in Zusammenhang mit dem Stellenwert von CA in der aktuellen Forschung und einer bibliothekarischen Dienstleistung dazu stehen. Komplettiert wird die Arbeit mit einer Auseinandersetzung der technischen Dimension un der Metadatenqualität eines CA-Services.

Description: Die Ergebnisse der Untersuchungen im Rahmen des DFG-Projekts erweitern und verbessern die bisherige Kenntnis über den rezenten Spannungszustand von Mitteleuropa. Die Meßergebnisse vom Raum Sachsen-Thüringen als Teil des Grenzgebietes Böhmisches Massiv gegen das südwestliche Vorland beruhen auf oberflächennahen in-situ-Messungen. Obwohl sie nur die Spannungsverteilung der obersten Kruste wiederspiegeln, ergeben sie ein interpretierbares Bild. Trotz ermittelter Variabilität der Spannungsrichtungen und - Intensitäten ist eine Geologie-relevante Felderung in Gebiete mit relativ homogenen Spannungsrichtungen erkennbar. In-situ-Spannungsmessungen sind offenbar trotz aller Einschränkungen, die den Autoren bewußt sind, geeignet, das unterschiedliche rezente Verhalten geologischer Strukturen zu ermitteln. Nachweisbar ist der Einfluß rezent aktiver regionaler Störungszonen auf das Spannungsfeld: Gestützt wird die Aussagefähigkeit der Meßdaten durch zahlreiche Ergebnisse anderer Autoren (und Methoden), mit denen sie in der Regel übereinstimmen.

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: The Rb-Sr decay system forms the basis for one of the oldest and most established isotopic dating techniques in geology. Its versatility arises from the fact that Rb and Sr are present in most rock-forming minerals, which provides the means to date geologic processes in a wide variety of rocks and geologic environments. In recent years, one of the main innovations of the Rb-Sr method was the direct age dating of deformation processes in the Earth’s crust. Since deformation is a key factor in shaping the Earth’s surface and the internal architecture of the crust, age data for deformation processes are essential to constrain the time scales of crustal evolution. Time constraints on deformation facilitate the calculation of rates of movements of crustal units, the understanding of orogenic processes and ultimately of the dynamics of the Earth’s crust. Deformation processes occur over the entire range of depths and temperatures in the crust, from migration of melts at depth, through ductile deformation in the middle crust, to brittle fragmentation of rocks in earthquake-related near-surface shear zones. This contribution provides an overview of the potential of Rb-Sr geochronology of rock deformation.

Description: Die vorliegende Arbeit präsentiert ein quantitatives tektonisches Modell für das NW' saxothuringische Becken, das im NW-Sporn der Böhmischen Masse aufgeschlossen ist (Thüringer Wald und Frankenwald). Die Untersuchungen konzentrieren sich auf eine Profiltraverse von der Vesser-Zone im NW bis zur Frontüberschiebung des Münchberger Deckenstapels im SE, zwischen Fränkischer Linie im SW und Frankenwälder Querzone im NE. Der zugrundeliegende geologisch-geophysikalische Datensatz basiert zu großen Teilen auf publizierten Befunden, ergänzt durch eigene strukturgeologische Untersuchungen und geothermobarometrische Abschätzungen der syntektonischen Metamorphosebedingungen.

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: 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: The nucleation of earthquakes and their seismic waves cannot be predicted in a deterministic sense. However probabilistic hazard and risk estimations can be conducted which help to increase the preparedness and reduce the vulnerability of societies. Those estimations are based on the rapidly growing number of empirical earthquake data recorded by seismic networks or known from historical or geological studies, which show that earthquakes are not randomly occurring. They typically occur clustered in space and time with specific characteristics such as the Gutenberg-Richter law for the frequency-magnitude distribution. Seismicity models have to account for earthquake interactions to avoid erroneous estimations of the activity level and spatial distribution of future activity. Additionally, the vulnerability of societies is changing with with time, because of the dynamic reconstruction and growth of cities in earthquake-prone regions. Thus new sophisticated models, strategies, and methods have to be developed and tested for all components of the earthquake risk chain to improve our probabilistic hazard and risk estimations.

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: Diese Ausgabe des GFZ-Journals „System Erde“ wurde im Dezember 2016 produziert und erscheint im Januar 2017. Das ist der Monat, in dem das Deutsche GeoForschungsZentrum seinen 25. Geburtstag feiert. Der Schwerpunkt Südamerika ist dabei durchaus passend, denn die Forscherinnen und Forscher des GFZ arbeiten dort seit der Gründung des Zentrums. Die Südpazifikküste mit den großen Subduktionsbeben, die Anden mit ihren Vulkanen und all die geologischen Prozesse, die in der Region sichtbar werden, sind wie die Seiten eines Lehrbuchs der Geologie – wenn man sie denn zu entziffern weiß. Selbst die so genannten passiven Kontinentalränder an den Küsten des Südatlantiks bieten uns tiefe Einblicke in die Erdgeschichte; sie sind Geoarchive erster Ordnung. Hinzu kommt, dass sie Lagerstätten für Rohstoffe bergen.

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: To satisfy the increasing demand for food, water, raw materials, and energy resources, we need to understand the fundamental interactions between the solid earth and its surface. These interactions shape landscapes and provide the basis for sustaining ecosystems. The research field of metal stable isotope geochemistry that emerged over the past two decades has substantial potential to contribute towards this understanding. Advances in mass spectrometry facilitated precise measurements of stable isotope ratios of metal and metalloid elements (e g., Li, B, Mg, Si, Ca, Cr, Fe, Cu, Zn, Sr, Mo, etc). As novel biogeochemical process tracers they now begin to complement the traditional stable isotope systems (H, C, O, N, S). Here, we present a brief introduction in the Earth surface weathering reactor and show how stable isotopes trace the dissolution of rocks by interaction with fluids and subsequent soil formation. Also, the uptake of nutrients into plants produces a characteristic isotope fingerprint. We illustrate the isotopic legacy of processes initiated at the nanometer scale and propagated to the global scale. Combining isotope studies of modern ecosystems with studies of the Earth’s past surfaces as disclosed from geological archives will enable new discoveries on the evolution of our planet millions of years back and into its future. Exploiting this ‘new periodic table’ promises new insights into the nature of a multitude of reactions, thereby bridging several disciplines such as geochemistry, geology, biology, hydrology and life sciences.

Description: Seismic interferometry is a methodology to recover the signals of waves propagating between seismic stations from records of random wavefields such as the ambient seismic noise or the coda of an earthquake. Teleseismic body waves excited by a very deep earthquake close to Kamchatka are investigated to unveil the composition of the teleseismic wavefield at long propagation times which is key to understand how teleseismic waves can be reconstructed by seismic interferometry. Waves at high frequencies around 1s period are shown to be scattered strongly in the Earth crust where they are quickly attenuated. At low periods, seismic waves circle the Earth for many hours as surface waves with clear arrivals of the different orders. At intermediate periods around 40s waves still propagate for several hours but individual arrivals cannot be identified in the data any more – indicating a randomization process. It is shown here that to a large extent this randomization is due to the interaction with the Earth’s 1D structure that does not alter the azimuthal distribution of the wavefield. Even after 8 h the seismic energy propagates dominantly along the great circle and the mean free time of the azimuthal randomization is estimated to 10 h. This means that the recovery of the teleseismic wavefield by seismic interferometry is strongly dependent on the distribution of ambient sources. For a successful application of seismic interferometry sources need to be present at suitable distances on the great circle connecting the stations.

Description: Länge: 15 Min.

Description: Length: 32 min Was formt die Oberfläche der Erde, auf der wir leben? Ihre Berge, ihre Flüsse, die Täler, die Böden? Ein wissenschaftliches Paradigma besagt, dass Landschaften geformt werden, wenn Gesteine durch geologische Kräfte gehoben werden. Dann werden sie mit Regen, Eis und Wind durch Erosion und Verwitterung wieder zerstört. Doch welche Rolle spielt die grüne Schicht des Lebens, die sich zwischen den nackten Felsen und dem Klima darüber ausbreitet? Gestalten etwa Pflanzen mit ihren Wurzeln und Tiere, die den Boden durchwühlen und die Vielzahl der Mikroorganismen die Landschaft? Oder bestimmen umgekehrt Minerale, Boden und Wasser die Formen des Lebens? Oder sind sie beide voneinander abhängig? Können Biosphäre und Geosphäre gemeinsam dem massiven Klimawandel widerstehen, den der Mensch heute verursacht? Erleben Sie, wie die Wissenschaftler des deutsch-chilenischen Projekts "EarthShape" diese Fragen entlang eines Klimagradienten in Chile, in den Nationalparks Pan de Azúcar, La Campana und Nahuelbuta untersuchen. Wir erleben eine Tour durch faszinierende Landschaften und erleben, wie die jungen Wissenschaftlerinnen die Wechselwirkungen zwischen Geologie und Biologie untersuchen: von der trockenen Atacama-Wüste bis hin zu dichten Regenwäldern; und in hoch-technischen Laboratorien. Sehen Sie, wie Rückkopplungen das Klima der Erde beeinflussen. Dieser Wissenschaftsfilm wurde von Friedhelm von Blanckenburg vom GFZ Potsdam, Kirstin Übernickel von der Universität Tübingen und Wolfgang Dümcke vom Filmbüro Potsdam im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsnetzwerks "EarthShape - Earth Surface Shaping by Biota" konzipiert und produziert. Das Forschungsnetzwerk wird von Todd Ehlers (Universität Tübingen) und Friedhelm von Blanckenburg (GFZ Potsdam) koordiniert.

Description: Length: 10 min Was formt die Oberfläche der Erde, auf der wir leben: ihre Berge, ihre Flüsse, die Täler, die Böden? Wird die Erdoberfläche geformt, wenn Gesteine durch geologische Kräfte hochgehoben und dann durch Regen, Eis und Wind zerstört werden oder prägen Pflanzen mit ihren Wurzeln, Tiere, die in den Boden graben, und die große Anzahl von Mikroorganismen die Landschaft? Erleben Sie, wie die Wissenschaftler des deutsch-chilenischen Projekts "EarthShape" diese Fragen entlang einer faszinierenden Landschaft in Chile und in ihren Laboratorien zu Hause untersuchen. Ein Wissenschaftsfilm, der von Friedhelm von Blanckenburg vom GFZ Potsdam, Kirstin Übernickel von der Universität Tübingen und Wolfgang Dümcke vom Filmbüro Potsdam im Rahmen des DFG-geförderten Forschungsnetzwerks "EarthShape - Earth Surface Shaping by Biota" konzipiert und produziert wird. Das Netzwerk wird von Todd Ehlers (Universität Tübingen) und Friedhelm von Blanckenburg (GFZ Potsdam) koordiniert wurde.

Description: Der Schwerpunkt des Gutachtens soll darauf liegen, wie ORCID an wissenschaftlichen Einrichtungen in Deutschland implementiert wird. Dabei werden die institutionellen Regularien sowie die deutschen und europäischen Normen, denen wissenschaftliche Einrichtungen in Deutschland unterliegen, die ORCID implementieren, betrachtet. Dabei soll auch der Tatsache Rechnung getragen werden, dass dabei Datenflüsse in die USA entstehen. Zentrale Anforderung ist, dass das Gutachten möglichst allgemein verständlich und allgemeingültig formuliert wird und somit einen Orientierungsrahmen für die rechtliche Prüfung vor Ort, also etwa an Hochschulen und außeruniversitäre Forschungseinrichtungen bietet. Anliegen des Gutachtens ist es, wissenschaftliche Einrichtungen bei der rechtskonformen Umsetzung der Autorenidentifikation mit ORCID zu unterstützen. Der Erstellung des Gutachtens ging ein Prozess voraus, der die Zusammenarbeit mit dem DFG-Projekt ORCID DE gewährleisten sollte. So wurden im November 2016 im Rahmen eines Workshops nach Darstellung grundsätzlicher Datenschutzprinzipien spezifische Fragestellungen erarbeitet (Annex I14); im Rahmen eines weiteren „Community Inputs“ (Annex II15), der über das Projekt ORCID DE gesammelt wurde, wurden weitere Aspekte adressiert. Eingeflossen in das Gutachten ist ebenfalls eine Korrespondenz mit den Betreibern von ORCID, in der zu einzelnen Fragen, die im Rahmen der Bearbeitung aufgetaucht sind, Stellung genommen wurde.

Description: The warm water geothermal reservoir below the village of Waiwera in New Zealand has been known by the native Maori for centuries. Development by the European immigrants began in 1863. Until the year 1969, the warm water flowing from all drilled wells was artesian. Due to overproduction, water up to 50 °C now needs to be pumped to surface. Further, between 1975 and 1976, all warm water seeps on the beach of Waiwera ran dry. Within the context of sustainable water management, hydrogeological models must be developed as part of a management plan. Approaches of varying complexity have been set-up and applied since the 1980s. However, none of the models directly provide all results required for optimal water management. Answers are given simply to parts of the questions, nonetheless improving resource management of the geothermal reservoir.

Description: Das geothermische Warmwasserreservoir unterhalb der Kleinstadt Waiwera in Neuseeland ist seit vielen Jahrhunderten bei den Ureinwohnern, den Maori, bekannt. Die Nutzung durch die europäischen Einwanderer begann 1863. Bis in das Jahr 1969 waren die bis dahin abgeteuften Förderbohrungen für das warme Wasser artesisch. Ausgelöst durch eine Überproduktion muss das bis zu 50 °C heiße Wasser heute mit Pumpen gefördert werden. In den Jahren 1975 und 1976 kam es zusätzlich zum Versiegen der Warmwasserquellen am Strand von Waiwera. Im Rahmen einer nachhaltigen Wasserbewirtschaftung ist es notwendig, hydrogeologische Modelle einzusetzen. Unterschiedlich komplexe Ansätze wurden seit den 1980er- Jahren umgesetzt. Keines der Modelle liefert allerdings direkt alle für dasWassermanagement benötigten Ergebnisse. Es werden jeweils Antworten auf Teilaspekte gegeben, die das Ressourcenmanagement des geothermischen Reservoirs verbessern.

Description: One of the major goals of the Geosciences is to identify and comprehend material cycling in our planet in order to understand mantle geodynamic processes. These processes are fundamental to the formation of the continental crust and the atmosphere, mantle-crustatmosphere interactions, and planetary formation as a whole. With our systematic, integrated studies of He, Ne, Sr, Nd and Pb isotopes of globally distributed mid-ocean ridge basalts and ocean island basalts we have contributed significantly to refining existing models on the behaviour of He and Ne during melt formation and evolution as well as models of the geochemical structure of the entire mantle. We have e.g. shown that He and Ne are more compatible during melt formation than their mother isotopes 235U, 238U and 232Th. Therefore, it is no longer necessary to postulate the existence of a virtually non-degassed, isolated lower mantle reservoir. We have also shown that the upper mantle is chemically heterogeneous at different spatial and temporal scales, indicating that the mixing efficiency of the upper mantle is not as good as previously thought. In addition, based on He, Ne and Ar isotope and trace-element data from the Foundation hotspot we have shown that the associated near ridge seamounts erupt lavas with a trace-element signature characteristic of oceanic gabbro, which indicates the existence of recycled, virtually unchanged oceanic lithosphere in the plume source.

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: Energiewende ist Daseinsvorsorge. Eine erfolgreiche Energiewende benötigt eine Wärmewende! Innovationen, Demonstration und gesellschaftliche Akzeptanz spielen dabei eine Schlüsselrolle. Das „Zwanzig20- Forum Wärmewende“ entwickelt Strategien für den zukünftigen Einsatz von innovativen Technologien zur Realisierung der Wärmewende. Wir sind davon überzeugt, dass eine effiziente Wärmeversorgung urbaner Räume aus heimischen, regenerativen Energiequellen nicht nur möglich, sondern auch umsetzbar ist. Die Wärmewende kan gelingen, wenn die Energieeffizienz und der Anteil erneuerbarer Wärme gesteigert werden und der Sektor Strom geschickt in die Wärmeerzeugng eingebunden wird. Effizienzmaßnahmen haben Vorrang, stoßen aber an Grenzen. Erneuerbare Energien besitzen im Wärmesektor ein hohes Entwicklungspotential. Es gibt kein Patentrezept, die Wärmewende muss technologieoffen gestaltet werden. Im Transformationsprozess spielen Akzeptanz, Demografie und strukturierte Stadtentwicklung eine Schlüsselrolle. Deshalb sind die technologischen Lösungsansätze in eine holistische Sichtweise zu integrieren. Für eine Wärmewende sollten Lösungen ab der Dimension „Quartier“ vorrangig umgesetzt werden. Städte sind stark verdichtete Lebensräume des Menschen. Wärme-, Kälte- und Gasnetze bringen erneuerbare Energien in diese Lebensräume. Daher werden diese Netze in Städten erhalten und ausgebaut. In Großstädten gibt es auch künftig einen substanziellen Bedarf für eine zentrale Fernwärmeversorgung. Hierfür ist zukünftig die Nutzung von Erdwärme unverzichtbar. Die Netze sind die Energieversorgungsinfrastrukturen, die eine Integration der Innovationen von morgen ermöglichen, also von Lösungen, die wir heute noch nicht kennen. Bei vielen technologischen Prozessen fällt Abwärme an, die ungenutzt an die Umwelt abgegeben wird. Die Stadt der Zukunft heizt und kühlt mit dieser Abwärme. Dafür sind Speicher notwendig, auch saisonale Großspeicher. Demonstration ist wichtig für den Erfolg der Wärmewende. Demonstration adressiert die vorhandenen Zielkonflikte, hilft den Veränderungsprozess lösungsorientiert zu gestalten und fördert die Akzeptanz. Benötigt werden mehr Demonstrationsprojekte. Ausgehend von technologischen Lösungen bauen sichtbare und erfolgreiche Demonstrationsprojekte Vorbehalte und Unsicherheiten ab und schaffen Blaupausen für erfolgreiches Handeln und Wirtschaften. Dabei vernetzten sie an einem konkreten Standort die relevanten Akteure und verhelfen Innovationen zum Markteinstieg. Der Entwicklung von regenerativen Demonstrationsvorhaben stehen deutliche Hemmnisse gegenüber, daher ist sie für alle Beteiligten zeit- und ressourcenintensiv. Eine regenerative Wärmeversorgung erfordert zusätzliche Investitionen und muss sich als neuer Teilnehmer in einem etablierten und gedeckten Wärmemarkt behaupten. Kostendruck und Konkurrenzstellung liefern dabei wenig Anreize für Versorger und Verbraucher, regenerative Technologien zu implementieren. Die Anwendung innovativer Technologien stellt vielfach die etablierten Rollen zwischen Erzeuger und Verbraucher sowie dem Produkt der Wertschöpfung in Frage. Neue Geschäftsmodelle haben es schwer sich durchzusetzen, da die etablierten Modelle gut funktionieren. Demonstrationsvorhaben müssen daher durch staatliche Förderprogramme stimuliert werden. Integrierte Verbundprojekte zwischen der Wärmewirtschaft und öffentlichen Forschungsinstitutionen liefern gute Voraussetzungen für eine Förderfähigkeit.

Description: Mit dem Internet und der Digitalisierung haben sich fur die Wissenschaft neue M ¨ ¨oglichkeiten der Verbreitung und des Austausches von Wissen und Information er¨offnet. Unter dem Stichwort Open Science wird neben Open Access auch die Zug¨anglichkeit und Nachnutzung von digitalen Forschungsdaten diskutiert. Peter Schirmbacher hat sich in Forschung und Lehre mit der Relevanz, der Gestaltung und der Nutzung von Informationsinfrastrukturangeboten fur digitale Forschungsdaten befasst und damit wegweisende Beitr ¨ ¨age zur Weiterentwicklung dieser Services fur die digital arbeitende Wissenschaft geleistet. Vorliegender ¨ Beitrag gibt einen Uberblick ¨ uber den Entwicklungsstand der Informationsinfrastrukturan- ¨ gebote fur digitale Forschungsdaten und ordnet sie in die wissenschaftspolitische Diskussio- ¨ nen um Open Science ein.

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: Ziel der vorliegenden Arbeit war, anhand der aus dem oberflächennahen Temperaturfeld abgeleiteten Wärmeflußdichte Aussagen zu den Temperaturbedingungen der Lithosphäre und deren Verknüpfung mit ablaufenden tektonischen Prozessen zu treffen. Hierzu wurde eine fundierte Wärmeflußdichte-Datenbank für den Bereich der zentralen Anden zwischen 15-30° S und 60-75°W erstellt, die Verteilung der Werte im Sinne der regional-tekonischen Einheiten interpretiert und Temperaturbedingungen der Lithosphäre, unter Annahme verschiedener Szenarien tektonischer Prozesse und der Oberflächenwärmeflußdichte als Vergleichsgröße der Modelle, abgeleitet.

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: In der Debatte um die Open-Access-Transformation wird auch die Rolle wissenschaftlicher Fachgesellschaften diskutiert. Bisher gab es keine systematische Erhebung zum Einfluss von Fachgesellschaften auf das Publikationssystem. Dieser unbefriedigende Forschungsstand führte dazu, dass das Potenzial dieses wichtigen Akteurs bei der Open-Access-Transformation bisher weitgehend unbeachtet blieb und mögliche Barrieren auf Seiten der Fachgesellschaften nicht adressiert wurden. Im Rahmen des Projekts „Options4OA“ wurden darum Publikations- und Open-Access-Aktivitäten deutscher Fachgesellschaften untersucht. Vorliegender Datensatz dokumentiert die dem Poster zugrundeliegenden Forschungsdaten in drei Datensätzen. Diese Datensätze beschreiben 182 Zeitschriften, die wissenschaftliche Fachgesellschaften, die in Deutschland angesiedelt sind, veröffentlichen. Neben allgemeinen Metadaten zu den Zeitschriften und den herausgebenden Fachgesellschaften finden sich in den Datensätzen Informationen zum Open-Access-Status der Zeitschriften und den Open-Access-Publikationsgebühren. Auch sind die Zeitschriften den Notationen der Fachsystematik der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) zugeordnet. Das Vorhaben wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Projektes „Options4OA” gefördert (Förderkennzeichen: 16OA034). Weitere Informationen unter: https://os.helmholtz.de/projekte/options4oa/

Description: The Atacama Fault System (AFS) is an active trench-parallel fault system, located in the forearc of N-Chile directly above the subduction zone interface. Due to its well-exposed position in the hyper arid forearc of N-Chile it is the perfect target to investigate the interaction between the deformation cycle in the overriding forearc and the subduction zone seismic cycle of the underlying megathrust. Although the AFS and large parts of the upper crust are devoid of any noteworthy seismicity or historically documented earthquakes, at least three M=7 earthquakes in the past 10 ky have been documented in the paleoseismological record, demonstrating the potential of large events in the future. We apply a two-fold approach to explore fault activation and reactivation patterns through time and to investigate the triggering potential of upper crustal faults. 1) A new methodology using high-resolution topographic data allows us to investigate the number of past earthquakes for any given segment of the fault system as well as the amount of vertical displacement of the last increment. This provides us with a detailed dataset of past earthquake rupture of upper plate faults which is potentially linked to large subduction zone earthquakes. 2) The IPOC Creepmeter array provides us with high-resolution time series of fault displacement accumulation for eleven stations along the four most active branches of the AFS.