Donnerstag, 27. Juni 2013

Stabile Bewegungszentren im Erdmantel

     Seit rund 250 Millionen Jahren verhalten sich die Auf- und Abwärtsströmungen im Erdmantel sehr stabil. Diese für die Bewegung der tektonischen Platten verantwortlichen Konvektionsströmungen im halbflüssigen Gestein unterhalb der Erdkruste konnten nun zu den Bewegungsmustern auf der Erdoberfläche in Beziehung gesetzt werden.

Stabile Bewegungszentren im Erdmantel
Eine neuartige Beschreibung der Plattentektonik lässt die Stabilität darunterliegender Mantelströmungen erkennen

Seit rund 250 Millionen Jahren verhalten sich die Auf- und Abwärtsströmungen im Erdmantel sehr stabil. Diese für die Bewegung der tektonischen Platten verantwortlichen Konvektionsströmungen im halbflüssigen Gestein unterhalb der Erdkruste konnten nun zu den Bewegungsmustern auf der Erdoberfläche in Beziehung gesetzt werden, wie in der aktuellen Ausgabe von Nature (Nr, 498, 27 June 2013) berichtet wird. Zugleich ergaben sich Hinweise darauf, dass auch die bei der Beobachtung von Erdbebenwellen festgestellten Anomalien der Wellenausbreitung im Erdmantel mit diesen Mustern verknüpft sind.
Kontinentalplatten werden durch Konvektion im darunterliegenden Erdmantel angetrieben, allerdings lässt sich das Konvektionsmuster nicht direkt bestimmen, wenn man nur die Plattenbewegungen kennt. „Die Idee war deshalb, aus Rekonstruktionen von Plattenbewegungen in der geologischen Vergangenheit Informationen zu extrahieren, die auf das darunterliegende Mantelströmungsfeld schliessen lassen“, erläutert Co-Autor Bernhard Steinberger vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ. Dazu wurden zunächst zwei Bezugspunkte, Dipole, bestimmt, welche die durchschnittliche Bewegung der Platten von einer Hemisphäre weg und zur anderen hin beschreiben. Weiterhin wurden "Quadrupole" bestimmt: Damit können die Bewegungen von zwei gegenüberliegenden Punkten weg (divergente Pole) zu zwei 90 Grad davon entfernten Punkten hin (konvergente Pole) beschrieben werden. Dipol und Quadrupol sind Bestimmungsgrößen in einer mathematischen Methode, die schon häufig zur Beschreibung physikalischer Beobachtungen, z.B. der Abläufe im Erdmagnetfeld, Anwendung fand.Dieses Verfahren wurde hier erstmals auf die Plattentektonik angewandt. Eine solche Betrachtungsweise konnte gewählt werden, weil zum gegenwärtigen Zeitpunkt Dipol und Quadrupol der Plattenbewegungen jeweils sehr gut mit den entsprechenden Größen der unterliegenden Antriebskräfte durch Strömungen im Erdmantel und in den Mantel abtauchenden Lithosphärenplatten übereinstimmt. Es liegt deshalb nahe, eine entsprechend gute Übereinstimmung auch für die Vergangenheit anzunehmen, für die es keine Möglichkeit gibt, Mantelströmungen direkt aus Beobachtungen zu ermitteln.
Diese neuartige Beschreibung der Plattentektonik ergab erstaunliche Resultate. Die Konvektionsmuster im Erdmantel erweisen sich als sehr stabil: „Gegenwärtig stimmen die konvergenten Pole gut mit großräumigen Abwärtsströmungen im Mantel überein, und die divergenten Pole mit Aufwärtsströmungen“, erläutert GFZ-Forscher Steinberger. „Während der letzten 250 Millionen Jahre hat sich der konvergente Dipol immer im Gebiet von Asien befunden, während sich die divergenten Quadrupole immer in den Gebieten des gegenwärtigen östlichen Afrika und östlichen Pazifiks befunden haben. Wir schliessen daraus, dass die darunterliegenden Auf- und Abströme auch entsprechend stabil waren.“
Ein weiteres Ergebnis der Studie ist, dass die in der globalen Seismologie beobachteten Geschwindigkeitsanomalien der von Erdbeben ausgehenden Scherwellen im Erdmantel mit diesen Mustern gut übereinstimmen. Die divergenten Quadrupole befinden sich jeweils oberhalb des östlichen Randes einer der grossräumigen Scherwellengeschwindigkeitsanomalien (Large Low Shear Velocity Provinces, LLSVPs) im untersten Erdmantel. Steinberger: „Unsere Ergebnisse liefern deshalb ein weiteres Indiz dafür dass die LLSVPs ebenfalls für mindestens 250 Millionen Jahre stabil in ihrer gegenwärtigen Lage waren, und möglicherweise die Mantelkonvektion aktiv beeinflussen.“
Clinton P. Conrad, Bernhard Steinberger and Trond H. Torsvik,
Stability of active mantle upwelling revealed by net characteristics of plate tectonics, Nature, 498, 27 June 2013, doi: 10.1038/nature12203
Dipl.Met. Franz Ossing Presse- und ÖffentlichkeitsarbeitHelmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ


Via Informationsdienst Wissenschaft

Globaler Kälteeinbruch in der Kreidezeit – mussten Dinosaurier frieren?

     Frankfurt, 27.6.2013 Die Kreidezeit, als Warmzeit bekannte Ära der Dinosaurier, wurde vor 116 Mio. Jahren durch eine 2,5 Mio. Jahre dauernde Kältephase unterbrochen. Dies hatte vor allem für die Meeresökosysteme ähnlich gravierende Folgen wie Phasen rascher Erwärmung. Eine heute in Nature Geoscience veröffentlichte Studie eines internationalen Teams der Universitäten Newcastle (UK), Köln und Frankfurt sowie der Forschungseinrichtungen GEOMAR und BiK-F, die auf Bohrungen vor der Küste Marokkos und Modellierungen basiert, zeigt jetzt, dass der damalige Umbruch mariner Ökosysteme auf diese Abkühlung zurückzuführen ist. Ursache war das Auseinanderdriften des Superkontinents Pangäa.
Vielen Organismen wurde es mitten in der 85 Millionen Jahre währenden, warmen Kreidezeit zu kalt: Weltweit sank die Temperatur für 2,5 Mio. Jahre stark ab. Grund war die starke tektonische Aktivität der Erdkruste: Durch das Zerbrechen und Auseinanderdriften des Riesenkontinents Pangäa entstanden um Afrika, Südamerika und Europa neue ozeanische Becken, in denen riesige Massen winziger Meeresalgen lebten und der Treibhausatmosphäre durch Photosynthese gigantische Mengen Kohlendioxid entzogen. Mit dem Absinken abgestorbener Algen wurde dieses CO2, den Ergebnissen der Modellierungen zufolge insgesamt über 800.000 Gigatonnen, in Sedimentschichten am Meeresboden abgelagert und gespeichert. Der sinkende CO2-Gehalt der Atmosphäre ließ das Klima weltweit abkühlen.

Erstmals konnte nun ermittelt werden, wie lange diese Periode dauerte und um wie viel Grad die Temperatur sank: um ganze 5 Grad Celsius, auf immer noch 28°C. Obwohl die Produktivität der Ozeane in dieser Zeit insgesamt zunahm, brachen die Populationen vieler Organismengruppen zusammen, z.B. marines Phytoplankton und planktische Foraminiferen. „Dies zeigt, dass globale Abkühlungsprozesse ähnliche Krisen der marinen Ökosysteme und geochemischen Zyklen verursachen können wie starke Erwärmungsphasen in der Erdgeschichte. Die Zeitspanne, in der diese tektonisch ausgelösten Veränderungen damals stattfand, waren allerdings viel länger als der Zeitraum, in dem der heutige Klimawandel greift“, sagt Prof. Dr. Jens Herrle, Paläoozeanograph an der Goethe-Universität Frankfurt und Mitglied des Biodiversität und KlimaForschungszentrums (BiK-F) und einer der Autoren der Studie.

Wie kam dieser gigantische Abkühlungsprozess wieder zum Stillstand? Die Autoren vermuten, dass die Freisetzung gewaltiger CO2-Mengen bei der vulkanischen Entstehung des heutigen Kerguelen-Archipels im Indischen Ozean die Temperatur weltweit wieder steigen ließ. Hinzu kam vermutlich, dass sich in den immer größeren ozeanischen Becken durch den Zustrom sauerstoffreichen Wassers nach und nach weniger CO2 in den Sedimentschichten ablagerte. Nach 2,5 Mio. Jahren wurde es auf der Erde schließlich wieder wärmer. Die Studie zeigt eindrücklich, wie eng das globale Klima mit den im Erdinneren stattfindenden Prozessen verknüpft ist und wie diese sich in Millionen von Jahren abspielenden Prozesse die Lebensräume auf der Erde und damit die Evolution beeinflussen.
Publikation:
A McAnena, S Flogel, P Hofmann, JO Herrle, A Griesand, J Pross, HM Talbot, J Rethemeyer, K Wallmann and T Wagner (2013): Atlantic cooling associated with a marine biotic crisis during the mid-Cretaceous period. Nature Geoscience, DOI: 10.1038/NGEO1850
Sabine Wendler LOEWE Biodiversität und Klima Forschungszentrum (BiK-F)Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen


Does fracking cause earthquakes?

Does fracking pose a threat to our drinking water?

What is shale gas?

Dienstag, 25. Juni 2013

Älteste Pflanzen- und Tierabdrücke aus dem Karbon entdeckt

     Die Überreste eines Tropensturms, der vor rund 305 Millionen Jahren über den nordwestlichen Teil des damaligen Großkontinents Gondwana tobte, haben Forscher der TU Bergakademie Freiberg und der marokkanischen Universität El Jadida im heutigen Nordafrika gefunden: einen fossilen Tümpel, in dem Wind und Wasser Äste, Zweige und Blätter zusammengetrieben hatten. Die im versteinerten Schlamm entdeckten Pflanzen- und Tierabdrücke liefern wichtige Informationen zum Klima im Karbon-Zeitalter. Unter den Funden befand sich auch ein Samenfarn, der bisher lediglich in Nordamerika aufgespürt und wesentlich jünger datiert wurde. Afrika könnte somit das Evolutionszentrum für die Pflanzenart gewesen sein.
„Die Abdrücke in dem versteinerten Tümpel sind ein Glücksfall“, beschreibt Prof. Jörg W. Schneider vom Geologischen Institut der Ressourcenuniversität seine Entdeckung. „Sie liefern uns eine exakte Momentaufnahme der Klimasituation vor 305 Millionen Jahren. Denn der Tropensturm, der über das damals weit verzweigte Flusssystem im heutigen Atlasgebirge und der Sous-Ebene ausbrach, muss Stämme umgerissen und Äste von den Bäumen gefetzt haben. Katastrophale Regenfälle ließen die Flüsse über die Ufer treten, die schlammigen Wassermassen wälzten sich durch das Becken. Als nach einigen Tagen das Hochwasser wieder fiel, blieben große Tümpel zurück – voll mit Ästen, Zweigen und Blättern.“ Und dadurch voll mit Informationen zum Klima und zur Waldstruktur dieser Zeit.
So entdeckten die Freiberger Forscher gemeinsam mit ihren marokkanischen Kollegen neben Abdrücken von Farnen, die meistens an feuchten Standorten verbreitet sind, auch bis zu einem halben Meter lange Koniferenäste. Der Fund dieser Nadelhölzer, die trockene Umgebungen bevorzugen, zeigt, dass sich vor 305 Millionen Jahren das warme Klima des nächstjüngeren Erdzeitalters Perm bereits angekündigt und den Lebensraum der Pflanzen und Tiere beeinflusst hat, wie Prof. Jörg Schneider erklärt: „In der zunehmend trockenen Umwelt konnten sich Nadelbäume besser ausbreiten und andere Pflanzenarten verdrängen.“ Die Entdeckung belegt aber auch, dass ein aus dem Perm Nordamerikas bekannter Samenfarn der Gattung Dichophyllum in Nordafrika bereits im Karbon aufgetreten ist.
Aufgrund aller bisherigen Dichophyllum-Funde, die nur aus dem Perm Nordamerikas und Europas bekannt waren, ging die Wissenschaft bislang davon aus, dass sich dieser Samenfarn dort entwickelt hat. Die Farnwedel, die die Freiberger Paläontologen in dem versteinerten Tümpel entdeckt haben, sind aber etwa zehn Millionen Jahre älter. „Damit ist dies der bisher älteste Fund dieser Farnart weltweit“, erläutert Prof. Jörg Schneider. Ähnliches gilt für einige Saurierfährten, die die Paläontologen in der näheren Umgebung des Tümpels fanden. Für die Evolution und Verbreitung einiger Pflanzen- und Tierarten könnte dies ein völlig neues Bild ergeben. „Möglicherweise ist der Teil Gondwanas, den wir jetzt als Nordafrika bezeichnen, ein wichtiges Evolutionszentrum, ein so genannter „evolutionary hotspot“. Das kann aber natürlich erst durch weitere Forschungen geklärt werden.“
Um diese zu ermöglichen hat der Paläontologe gemeinsam mit seinem Kollegen Prof. Hafid Saber von der El Jadida Universität einen etwa zwei Quadratmeter großen Kautschuk-Abguss des Tümpels angefertigt. Die Forscher aus Freiberg und Marokko konnten außerdem Saurierfährten, Fischreste, kleine Schalenkrebse sowie Flügel von Schaben und eines libellenartigen Insekts bergen. Die zahlreichen Fossilfunde und Gesteinsproben werten nun marokkanische Doktoranden am Geologischen Institut der Bergakademie aus. Ziel der Untersuchungen ist es, die Klima- und Umweltprozesse auf dem früheren Großkontinent Pangea, der aus den einst verbundenen Landmassen der heutigen Nord- und Südkontinente bestand, besser zu verstehen.
Simon Schmitt Presse- und ÖffentlichkeitsarbeitTechnische Universität Bergakademie Freiberg


    

Hochwasser: Rückverlegung des Deichs bewährt sich

     Eine renaturierte Auenlandschaft mit großer Artenvielfalt und ein wirksamer Schutz vor Hochwasser – das sind die Ergebnisse des Naturschutzgroßprojekts „Lenzener Elbtalaue“. Unter der Leitung des Biologen Dr. Christian Damm vom KIT wurde der Elbdeich bei Lenzen (Brandenburg) ins Hinterland verlegt. Das bis jetzt größte Rückdeichungsprojekt Deutschlands hat nun eine wichtige Bewährungsprobe bestanden: Beim Elbe-Hochwasser 2013 hat die Überflutungsfläche zwischen altem und neuem Deich das Umland vor Schäden bewahrt.
Der „Böse Ort“ hat seinen Schrecken verloren: Bei Lenzen im Landkreis Prignitz/Brandenburg macht die Elbe einen 90-Grad-Bogen. Jahrhundertelang galt diese Stelle, an der zudem die Wasserabflussbreite zwischen den Deichen stark verengt war, als hydraulisch besonders gefährlich. Noch beim Hochwasser 2002 gelang es nur mit enormem Aufwand, den Deich zu schützen. Das hat sich inzwischen geändert: Der flussnahe Deich wurde auf einem Abschnitt von mehr als 7,4 Kilometern um bis zu 1,3 Kilometer ins Hinterland verlegt. Der neue Deich ist rund 6,1 Kilometer lang, der alte Deich blieb stehen, wurde aber an sechs Stellen geöffnet. Zwischen den beiden Deichen entstand ein rund 420 Hektar großer Überflutungsraum, der bis zu 16 Millionen Kubikmeter Wasser fassen kann. Dieses Potenzial wurde beim Elbe-Hochwasser Anfang Juni voll ausgenutzt – und das Umland blieb von Schäden verschont. Beim Projekt „Lenzener Elbtalaue“ handelt es sich um die bis jetzt größte Deichrückverlegung Deutschlands.
„Das Projekt vereint vorbildlich Naturschutz, Hochwasserschutz, Tourismus und andere Auenutzungen“, erklärt Dr. Christian Damm vom Institut für Geographie und Geoökologie, Bereich WWF-Auen-Institut, am Karlsruher Institut für Technologie, Er hat die 2009 abgeschlossene Deichrückverlegung geleitet. Gestartet ist das Projekt als Naturschutzvorhaben mit dem Ziel, eine Auenlandschaft mit reicher Tier- und Pflanzenwelt wiederherzustellen, die dem wechselhaften Rhythmus des Flusses ausgesetzt ist – Trockenheit bei Niedrigwasser, Überflutung bei Hochwasser. Dazu bedarf es der Verbindung zum Fluss. Auf der ehemals als Weideland genutzten Fläche wurden Tausende von Eichen, Ulmen und Weiden gepflanzt. Die Bäume bremsen zugleich die Hochwasserwellen.
Der neu geschaffene Retentionsraum kann den Wasserspiegel bei extremem Hochwasser in diesem Abschnitt um bis zu 40 Zentimeter senken. Finanziert wurde das Projekt zu 75 Prozent vom Bund und zu 18 Prozent vom Land Brandenburg. Die verbleibenden sieben Prozent brachte der Trägerverbund Burg Lenzen e.V. mit einer Allianz verschiedener Naturschutzverbände um den BUND auf. „Selbstverständlich hat dieses Projekt nur eine regionale Wirkung“, erklärt Dr. Christian Damm vom KIT. „Die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen jedoch, dass es sich lohnt, die natürlichen Funktionen der Aue, unter anderem auch als Rückhalteraum bei Überflutungen, wiederherzustellen. Aber weitere Projekte müssen folgen.“
Hochwasser: Rückverlegung des Deiches lohnt sich (pdf)
Monika Landgraf Presse, Kommunikation und MarketingKarlsruher Institut für Technologie


Endlagerung in Tongestein: GRS entwickelt Modell zur Prognose von Gastransport

Neben Salzgestein und Granit ist Tonstein eine der drei Gesteinsarten, die Forscher derzeit für die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle diskutieren. Tonstein ist als Wirtsgestein interessant, da er gute Rückhalteeigenschaften aufzeigt und Radionuklide sorbieren kann. Länder wie die Schweiz oder Frankreich planen aktuell Endlager im Tonstein. Auch in Deutschland gibt es Tonformationen, die für ein Endlager in Frage kommen könnten.
Die GRS hat für das EU-Projekt FORGE (Fate of Repository Gases) das Verhalten von Gasen in Tonstein-Endlagern untersucht. Gase entstehen beispielsweise bei der Korrosion von Abfallbehältern oder beim Abbau organischer Stoffe, die oft Bestandteil mittel- und schwachradioaktiver Abfälle (z. B. aus der Medizin) sind. Bekannt war bereits, dass sich die Gase unterschiedlichste Wege aus dem Endlager suchen. Ein relativ großer Teil von ihnen wird in dem Wasser gelöst, das in den Poren des Tonsteins und anderer Materialien vorliegt. In gelöster Form kann das Gas dann durch die sogenannte Diffusion aus dem Endlager entweichen.
Die Forscher der GRS haben für FORGE Modelle entwickelt, mit denen sich der Transport der Gase im Endlager prognostizieren lässt. Sie werteten dazu einige der langjährigen Experimente aus, die die Nagra (Nationale Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle) im Schweizer Felslabor Mont Terri zum Gastransport im Tonstein durchgeführt hat. Mit ihren Modellen konnten die GRS-Forscher zeigen, dass das Gas durch den Tonstein plötzlich zu fließen beginnt, sobald der Gasdruck den Gebirgsdruck überwindet. Dies ist ein deutlicher Hinweis auf eine mechanische Öffnung von Rissen. Es gelangte allerdings kein Wasser durch diese Risse – ein Phänomen, das sich nach Ansicht der Forscher nur durch sehr kleine Rissöffnungen plausibel erklären lässt.
Die Untersuchungen der GRS zeigen allerdings auch, dass die rissgesteuerte Gasströmung im Gebirge ein komplexer Vorgang ist, der sich noch nicht in allen Aspekten prognostizieren lässt. Eine Möglichkeit für die Auslegung eines Endlagers in Tongestein könnte es deshalb sein, die Risse im Wirtsgestein erst gar nicht entstehen zu lassen. Dies wäre zum Beispiel der Fall, wenn das Gas kontrolliert entlang der technischen Bauwerke entweichen könnte. Eine weitere Möglichkeit bestünde darin, die Gasbildung zu verlangsamen – z. B. durch die Nutzung bestimmter Abfallbehälter oder Konditionierungsarten.
Die Untersuchungsergebnisse der GRS können im Bericht Modelling Gas and Water Flow through Dilating Pathways in Opalinus Clay - The HG-C and HG-D Experiments nachgelesen werden http://www.grs.de/publication/grs-306-modelling-gas-and-water-flow-through-dilat...
Horst May Abteilung KommunikationGesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH

Die Ur-Biene war Europäerin

     Studie zur Evolution der Honigbiene
Bisher gingen viele Forscherinnen und Forscher davon aus, dass die heute in Afrika und Europa lebende westliche Honigbiene Apis mellifera aus Asien eingewandert ist. Dr. Ulrich Kotthoff vom Institut für Geologie am Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg hat nun zusammen mit Kollegen der Universität Bonn und der University of Kansas in einer Studie herausgefunden, dass die Honigbienen bereits vor etwa 20 Millionen Jahren in Europa eine große Formenvielfalt aufwiesen. Offenbar wanderten sie vor zirka 19 Millionen Jahren von Europa nach Asien ein und gelangten von dort auch nach Nordamerika. Dies berichten die Forscher in der aktuellen Ausgabe des „Journal of Biogeography“.
Von der Existenz der Honigbienen in Europa zeugen z. B. Fossilienfunde aus Westdeutschland und Frankreich, die über 25 Millionen Jahre alt sind. Heute gibt es bis zu zehn Arten von Honigbienen, von denen die meisten in Asien beheimatet sind, in Afrika und Europa existiert dagegen nur eine Art. Aus diesem Grund hatte man bisher angenommen, die heute in Afrika und Europa lebende Honigbienenart stamme ursprünglich aus Asien.
Dr. Kotthoff und seine Kollegen Torsten Wappler und Michael S. Engel haben in ihrer Studie versteinerte und heute lebende Honigbienen untersucht und mit weiteren heutigen Bienenarten, z. B. Hummeln, und in Bernstein überlieferten Vorläufern der Honigbienen verglichen. Unter anderem analysierten sie die Flügeladerung der Bienenformen mit statistischen Methoden und konnten so die Entwicklung verschiedener Bienenarten rekonstruieren. Die Ergebnisse wurden mit erdgeschichtlichen Daten in Beziehung gesetzt. Dabei stellte sich auch heraus, dass einige Honigbienenformen aus Europa der westlichen Honigbiene bereits sehr ähnlich waren und sich vermutlich schon vor rund 8 Millionen Jahren nach Afrika ausbreiten konnten. Die Studie lässt den Schluss zu, dass aus Europa stammende Bienen-Arten während der Eiszeiten Afrika wiederholt als Refugium nutzten, um sich dann in wärmeren Phasen wieder in Europa anzusiedeln. Im Rahmen diese wiederholten Wanderungen entwickelte sich die heutige Art Apis mellifera.
Dr. Ulrich Kotthoff: „Schon seit dem frühen 20. Jahrhundert waren Honigbienen-Fossilfunde aus Deutschland und Frankreich bekannt, aber sie wurden bisher unzureichend analysiert. Insbesondere die große Ähnlichkeit einiger Millionen Jahre alter Formen zur westlichen Honigbiene wurde fast völlig ignoriert. Ich freue mich deshalb, dass es uns jetzt gelungen ist, eine umfassende Studie zur Entwicklung der Honigbienen zu publizieren, die die Fossilfunde einbezieht und durch genetische Studien anderer Autoren gestützt wird. Unsere Ergebnisse können neue Anknüpfungspunkte für weitere Untersuchungen bieten, zum Beispiel zu der Frage, warum bestimmte Honigbienenarten Höhlenbewohner geworden sind, während andere offene Waben bevorzugen, und warum Apis mellifera gegen Schädigung durch die Milbengattung Varroa viel empfindlicher ist als die östlichen Bienenarten.“


http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jbi.12151/abstract 
Birgit Kruse Referat Medien- und ÖffentlichkeitsarbeitUniversität Hamburg
Via Informationsdienst Wissenschaft 

Sonntag, 23. Juni 2013

Donnerstag, 20. Juni 2013

Mittwoch, 19. Juni 2013

Fließvorgänge im Erdmantel hängen nur unwesentlich vom Wassergehalt ab

     Seit fast 50 Jahren vertreten Mineralogen und Geophysiker die Meinung, dass bereits geringe Anteile von Wasser im Erdmantel erhebliche Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften von Mineralen und Gesteinen haben. Ein höherer Anteil an gelöstem Wasser setze die Festigkeit der Gesteine im oberen Erdmantel stark herab; dadurch würden plattentektonische Vorgänge bis hin zum Driften der Kontinente auf der Erdoberfläche möglich. Eine neue Studie unter Federführung des Bayerischen Geoinstituts, eines Forschungszentrums der Universität Bayreuth (BGI), stellt diese Sichtweise jedoch infrage. Im Forschungsmagazin "Nature" berichten die Wissenschaftler über ihre Ergebnisse.
Den Hauptbestandteil des oberen Erdmantels, der direkt unterhalb der Erdkruste in einer Tiefe von rund 40 km beginnt und bis etwa 410 km reicht, bilden Olivine. Es handelt sich dabei um Minerale, die der Mineralklasse der Silikate angehören. Sie verdanken ihren Namen, der sich von dem lateinischen Wort "oliva" (Olive) herleitet, ihrer zumeist oliv- bis flaschengrünen Farbe. Wie stabil diese Minerale bei hohen Temperaturen bleiben, hängt insbesondere davon ab, wie beweglich die in ihnen enthaltenen Silizium-Atome sind. Chemisch gesprochen, ist es die Silizium-Diffusion, die bei hohen Temperaturen den größten Einfluss auf die Stabilität von Olivinen hat. Sie wird durch den Diffusionskoeffizienten mathematisch beschrieben.
Im Rahmen seiner Dissertation am Bayerischen Geoinstitut (BGI) hat Hongzhan Fei den Diffusionskoeffizienten von Silizium in Olivinen bestimmt, und zwar in Abhängigkeit vom Wassergehalt der Olivine. Dabei hat sich herausgestellt, dass die Silizium-Atome in den Olivinen mit steigendem Wassergehalt zwar beweglicher werden, die Silizium-Diffusion also ansteigt. Doch dieser Anstieg fällt sehr gering aus – viel geringer als erwartet. Hongzhan Fei und die weiteren Autoren der in „Nature“ veröffentlichten Studie kommen deshalb zu dem Schluss, dass der Einfluss des Wassers auf Prozesse im oberen Erdmantel bisher überschätzt wurde. Wie es aussieht, hat das Wasser insbesondere für die Plattentektonik nicht die zentrale Bedeutung, die ihm in der geowissenschaftlichen Forschung bisher zugeschrieben wurde.
Bei den differenzierten Untersuchungen zur Stabilität der Olivine kamen die modernen Forschungstechnologien im Bayerischen Geoinstitut zum Einsatz, die Experimente bei sehr hohen Drücken und Temperaturen ermöglichen. Hongzhan Fei hat dabei eng mit Prof. Dr. Tomoo Katsura zusammengearbeitet, der seit 2010 die Professur für Struktur und Dynamik der Erdmaterie an der Universität Bayreuth innehat. Externe Forschungspartner bei der jetzt in "Nature" veröffentlichten Studie waren das Helmholtz-Zentrum Potsdam (Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ) sowie das Institute for Study of the Earth’s Interior an der Okayama University in Japan.

Veröffentlichung:
Hongzhan Fei, Michael Wiedenbeck, Daisuke Yamazaki and Tomoo Katsura,
Small effect of water on upper-mantle rheology based on silicon self-diffusion coefficients,
in: Nature, 498, 213–215, (13 June 2013)
DOI:10.1038/nature12193
Christian Wißler Mediendienst ForschungUniversität Bayreuth


Erdbebenlücke vor den Toren Istanbuls

otsdam: Erdbebenforscher haben jetzt einen 30 Kilometer langen und zehn Kilometer tief reichenden Bereich entlang der Nordanatolischen Verwerfungszone knapp südlich von Istanbul identifiziert, der Ausgangspunkt für ein starkes Erdbeben sein könnte. Erdbebenlücke vor den Toren Istanbuls
Entsteht hier das erwartete Marmara-Erdbeben?
18.06.2013 | Potsdam: Erdbebenforscher haben jetzt einen 30 Kilometer langen und zehn Kilometer tief reichenden Bereich entlang der Nordanatolischen Verwerfungszone knapp südlich von Istanbul identifiziert, der Ausgangspunkt für ein starkes Erdbeben sein könnte. Die Seismologengruppe um Professor Marco Bohnhoff vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ berichtet in der aktuellen OnlineAusgabe des Wissenschaftsmagazins Nature (Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms2999), dass dieser potentielle Erdbebenherd in nur 15 bis 20 Kilometern Entfernung zur historischen Altstadt Istanbuls liegt.
Die Istanbul-Marmara-Region im Nordwesten der Türkei mit mehr als 15 Millionen Einwohnern sieht sich einer hohen Wahrscheinlichkeit für ein Erdbeben der Magnitude 7 oder stärker ausgesetzt. Um die vor einem Starkbeben ablaufenden Prozesse an einer kritisch geladenen Verwerfungszone besser zu verstehen, wurde unter der Federführung des Potsdamer Helmholtz-Zentrums GFZ gemeinsam mit dem Kandilli-Erdbebenobservatorium aus Istanbul ein seismisches Messnetz auf den Prinzen-Inseln im Marmarameer vor Istanbul errichtet. Die Prinzen-Inseln bieten die einzige Möglichkeit, die unterhalb des Meeresbodens verlaufende Erdbebenzone aus wenigen Kilometern Entfernung zu überwachen.
Aus den jetzt vorliegenden Messdaten folgern die Wissenschaftler um GFZ-Forscher Marco Bohnhoff, dass der Bereich vor der historischen Altstadt Istanbuls in der Tiefe verhakt ist: „Der von uns identifizierte, zehn Kilometer tief reichende Block entlang der Verwerfungszone weist seit Messbeginn vor über vier Jahren keine seismische Aktivität auf. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass das erwartete Marmara-Erdbeben dort seinen Ursprung nehmen könnte“, sagt Bohnhoff.
Dafür spricht auch, dass genau in diesem Bereich die Bruchzone des letzten starken Erdbebens der Region im Jahre 1999 endete - vermutlich an derselben Struktur, die die fortschreitende Verschiebung der Anatolischen Platte im Süden gegen die Eurasische Platte im Norden nun schon seit 1766 aufhält und dabei Spannung aufbaut. Die Resultate werden auch mit Erkenntnissen von anderen Verwerfungszonen wie z.B. der San Andreas-Verwerfung in Kalifornien verglichen, um die physikalischen Prozesse vor einem Erdbeben besser zu verstehen.
Gegenwärtig intensiviert das GFZ seine Aktivität zur Überwachung der Erdbebenzone vor Istanbul weiter. Gemeinsam mit dem Türkischen Katastrophenschutz AFAD werden derzeit rund um das östliche Marmarameer mehrere 300 Meter tiefe Bohrungen abgeteuft, in die dann hochempfindliche Bohrlochseismometer eingesetzt werden. Mit diesem Geophysical borehole Observatory at the North Anatolian Fault GONAF lässt sich die Messgenauigkeit und die Detektionsschwelle für Kleinstbeben nochmals um ein Vielfaches verbessern. Außerdem liefern die neuen Messdaten auch Erkenntnisse über die zu erwartende Bodenbewegung im Falle eines Erdbebens in der Region. Bohnhoff: „Erdbebenvorhersage ist wissenschaftlich nicht möglich. Aber Studien wie die vorliegende liefern die einzige Möglichkeit, Erdbeben im Vorfeld bestmöglich in Bezug auf Ort, Magnitude und Bruchverlauf zu charakterisieren und so das Schadensrisiko besser abzuschätzen.“

Marco Bohnhoff, Fatih Bulut, Georg Dresen, Peter E. Malin, Tuna Eken, Mustafa Aktar: “An earthquake gap south of Istanbul”, Nature, DOI: 10.1038/ncomms2999, 18.06.2013)

Dipl.Met. Franz Ossing Presse- und ÖffentlichkeitsarbeitHelmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ


Hochwasservorsorge auf vier Säulen stellen - UFZ-Forscher ziehen Resümee aus der Flut 2013

     Leipzig. Die Hochwasservorsorge sollte sich in Deutschland künftig an vier Eckpunkten orientieren: Technischer Hochwasserschutz für größere Siedlungen wird genauso benötigt wie mehr Raum für die Flüsse durch Rückdeichungen und Einbeziehung der Landwirtschaft. Gleichzeitig sollte die private Vorsorge dort unterstützt werden, wo der technische Hochwasserschutz bisher nicht ausreichend vor Schäden schützt. Um die verbleibenden Schäden solidarisch zu tragen, wäre eine vorsorgeorientierte Versicherungspflicht sinnvoll. Dies schreiben Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) in einer Stellungnahme zum Hochwasser 2013, die am Dienstag veröffentlicht worden ist.

Mit ihrem Standpunkt warnen die Hochwasserforscher vor der Illusion, es sei möglich, die Schäden der Fluten praktisch auf Null zu reduzieren, wenn nur genug investiert werden würde. „Wir können uns vor Hochwasser nicht vollständig schützen. Es wird immer ein Restrisiko von Schäden z.B. durch Deichbrüche geben. Der Gedanke von einem hundertprozentigen Hochwasserschutz ist genauso irreführend wie der Gedanke, dass zukünftig Schäden vermieden werden könnten, wenn Planfeststellungsverfahren beschleunigt und die Bürgerbeteiligung beschränkt werden. Wir brauchen nicht weniger, sondern mehr Dialoge über die Frage, wie wir am besten für Hochwasserextreme in der Zukunft vorbereitet sind“, schreiben Ökonomen, Geographen und Landschaftsplaner des UFZ, die vorschlagen, die zukünftige Hochwasservorsorge auf vier Säulen zu stellen, um Schäden so gering wie möglich zu halten und Lasten gerecht zu verteilen:
1. Technischer Hochwasserschutz
Allein in Sachsen wurde seit der Flutkatastrophe 2002 über eine halbe Milliarde Euro in den technischen Hochwasserschutz investiert. Bis 2020 sind insgesamt rund eine Milliarde Euro für Betonmauern, Spundwände, Deiche etc. geplant. Kommunen und Bewohner erhoffen sich davon, dass ihre Siedlungen künftig besser oder gar vollständig geschützt wären. In einer 2005 durchgeführten repräsentativen Befragung des UFZ haben von 404 durch das Hochwasser 2002 betroffenen Haushalten mehr als 60 Prozent der Bewohner von Gemeinden im Einzugsgebiet der Mulde der Aussage zugestimmt, dass Deiche ein Gefühl der Sicherheit vermitteln. „Dieses gestiegene Sicherheitsgefühl birgt jedoch auch Risiken. Es wird mehr gebaut als zuvor. Wenn die Mauer bricht oder überflutet wird, dann sind die Schäden anschließend umso größer“, berichtet der Sozialgeograph Dr. Christian Kuhlicke, der am UFZ Naturgefahren untersucht und die Folgen des Mulde-Hochwassers in Eilenburg und Grimma analysiert hat. „Auch darum greift es zu kurz, allein auf den technischen Schutz zu setzen.“
2. Natürlicher Hochwasserschutz durch mehr Raum für die Flüsse
Deutschlandweit sind inzwischen zwei Drittel der ehemaligen Überschwemmungsgebiete durch Deichbau und andere Hochwasserschutzmaßnahmen verloren gegangen. An den großen Strömen wie Rhein, Elbe, Donau und Oder ist die Situation zum Teil noch drastischer. Mitunter stehen an vielen Abschnitten nur noch zehn bis zwanzig Prozent der ehemaligen Auen als Überschwemmungsflächen zur Verfügung. Diese Auen erfüllen aber neben der Reinigung des Wassers auch eine wichtige Funktion im Ernstfall: Sie halten die Wassermengen möglichst lange in der Fläche und puffern somit die Spitzen der Hochwasserwellen ab. Einige Zentimeter weniger können an vielen Stellen entscheiden, ob eine Schutzmauer und die Siedlung dahinter überflutet werden oder nicht. Würden alle Rückdeichungsmaßnahmen realisiert, die an der Elbe im Gespräch sind, dann würden sich die Wassermassen auf über 23 000 Hektar zusätzlich verteilen können, was rund ein Drittel mehr Fläche wäre. „Obwohl die Elbe mit solchen Planungen bundesweit bereits sehr weit ist (umgesetzt sind ca. 700 Hektar, weitere 2600 Hektar sind in der konkreten Planung), gestaltet sich auch hier die Umsetzung dieser Vorhaben häufig sehr zeit- und ressourcenaufwendig, da neben neuen Deichlinien im hohen Maße die Flächenverfügbarkeit geklärt werden muss und Nutzungsänderungen insbesondere in der Landwirtschaft abzustimmen sind“, erklärt Mathias Scholz, Auenexperte des UFZ. Das erste umgesetzte, großflächige Projekt dieser Art ist die Deichrückverlegung des Roßlauer Oberluchs (Stadt Dessau-Roßlau) im Biosphärenreservat Mittelelbe. Im Rahmen einer Deichrekonstruktion wurde hier nach mehr als zehn Jahren Vorbereitung im Jahr 2006 eine Überschwemmungsfläche von ca. 140 Hektar durch das Land Sachsen-Anhalt reaktiviert. Dieses Projekt wird vom UFZ wissenschaftlich begleitet. Denn insgesamt bieten solche Rückdeichungen die Chance, einen nachhaltigen und modernen Hochwasserschutz mit Naturschutzzielen zu verbinden und damit Ressourcen für künftige Generationen zu sichern.
3. Private Bauvorsorge – Nicht nur fordern, sondern auch fördern
Laut Wasserhaushaltsgesetz sind bereits jetzt potenzielle Betroffene verpflichtet, „geeignete Vorsorgemaßnahmen zum Schutz vor Hochwassergefahren und zur Schadensminderung zu treffen, insbesondere die Nutzung von Grundstücken den möglichen nachteiligen Folgen für Mensch, Umwelt oder Sachwerte durch Hochwasser anzupassen“. Ohne konkrete Verpflichtungen oder ökonomische Anreize wird diese Forderung aber reine Theorie bleiben. Gleichzeitig reduzieren technische Schutzbauten den zu erwartenden Schaden und damit die Effizienz zusätzlicher privater Vorsorge. „Private Vorsorge ist eher dort effektiv und effizient, wo kein oder nur ein geringer Schutz durch technischen Hochwasserschutz besteht“, erläutert UFZ-Ökonom Dr. Volker Meyer. Wenn die Verantwortung für den Hochwasserschutz zunehmend von der öffentlichen Hand auf die potenziell Betroffenen übertragen wird, dann werden die Bürger zum Manager ihres eigenen Risikos. „Wie viel diese dann in Hochwasserschutz investieren, hängt nicht nur davon ab, wie hoch sie das Risiko einschätzen, sondern auch welche Mittel sie dafür zur Verfügung haben. Wer wird sich zukünftig welchen (individuellen) Schutzgrad leisten können? Was passiert eigentlich mit denen, die sich keinen Schutz leisten können?“ Die UFZ-Forscher empfehlen daher in ihrem Standpunkt auch private Vorsorgemaßnahmen finanziell zu fördern – z.B. durch zinsgünstige Kredite, die an eine dem Hochwasser angepasste Bauweise bzw. Sanierung gebunden sind, oder durch reduzierte Versicherungsprämien.
4. Vorsorgeorientierte Versicherungspflicht
Selbst durch eine Kombination von technischer, natürlicher und privater Hochwasservorsorge können aber nicht alle Schäden vermieden werden – es verbleibt ein „Restrisiko“. Soforthilfen wie das jetzige 8-Milliarden-Programm von Bund und Ländern lindern das Leid, helfen aber nicht, das Problem an den Wurzeln zu packen. „Eine Versicherungspflicht für alle Gebäudeeigentümer würde die Kosten für entstandene Schäden solidarisch umlegen und über Prämiennachlässe einen ökonomischen Anreiz für die private Vorsorge gegen Elementarschäden wie Hochwasser, Starkregen und Schneedruck mit sich bringen“, gibt Prof. Reimund Schwarze vom UFZ zu bedenken. Forderungen nach einer Versicherungspflicht sind nicht neu. Die deutsche Bundesregierung hat bereits nach dem Hochwasser 2002 die Einführung einer Pflichtversicherung für Elementarschäden erwogen. Dieser Vorstoß ist leider an den Mühlen der Bürokratie und am kollektiven Vergessen gescheitert. Die Lage für die am schlimmsten Betroffenen hat sich damit nicht nachhaltig verändert. Zur Zeit ist zwar etwa jedes dritte Gebäude gegen Elementarschäden versichert, allerdings gelten 1,4 Prozent immer noch als „unversicherbar“, weil sie in Gebieten liegen, die statistisch alle 10 Jahre überflutet werden. Damit hat etwa eine Million Menschen keine Chance auf einen regulären Versicherungsschutz. Nach jedem Großereignis werden – wie in Dresden 2002 - die Policen „individuell überprüft“ und häufiger teurer als zuvor. Das Problem der Verfügbarkeit von Versicherung wird durch den Klimawandel verschärft, weil neue Gebiete in „unversicherbare“ Zonen hinein wachsen. „Ein solidarisches Modell der Versicherungspflicht scheint daher angebracht. Eine sorgfältig ausgestaltete Versicherungspflicht kann die Kosten für entstandene Schäden dabei so umlegen, dass ökonomische Anreize für die Vorsorge gegen Hochwasser und Starkregen nicht verloren gehen. Im solidarischen Verbund wären auch seltene oder lokale Extremereignisse wie Sturmflut, Erdbeben oder Erdsenkungen flächendeckend versicherbar“, fasst Klimaökonom Reimund Schwarze seine Untersuchungen zur Katastrophenvorsorge zusammen.
Aus Sicht der Wissenschaftler ist jetzt eine gesellschaftliche Debatte nötig: Wie viel Verantwortung der Staat übernehmen sollte und wie viel Verantwortung bei den Bewohnern der Hochwassergebiete bleibt. Gebraucht werden nicht nur Bürgerdialoge zu einzelnen Schutzmaßnahmen vor Ort, sondern ein breiter gesellschaftlicher Dialog über die Risiken, die die Gesellschaft und ihre Bürger bereit sind, im Zusammenhang mit Hochwasser zu tragen und darüber, wie die Kosten für die Hochwasservorsorge verteilt werden.
Tilo Arnhold
Standpunktpapier:
Christian Kuhlicke, Volker Meyer, Reimund Schwarze, Mathias Scholz (2013): “Ein 100%iger Hochwasserschutz ist nicht möglich – Wir brauchen vier Säulen einer nachhaltigen Hochwasservorsorge”
http://www.ufz.de/export/data/global/49708_standpunkt_nachhaltige_hochwasservors...
Tilo Arnhold Presse- und ÖffentlichkeitsarbeitHelmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ


Mars - Impressionen vom Nachbarplaneten

Dank unserer unbemannten Späher kennen wir einige der faszinierenden Landschaften des Mars schon relativ gut. Ich persönlich kann es eigentlich garnicht abwarten, bis Menschen ihren Fuß auf diesen Planeten setzen...


Dienstag, 18. Juni 2013

Wo ist man bei einem Erdbeben am sichersten?

Tatsächlich ist es der Platz unter dem Türbalken. Auch wenn ich mir nur schwer vorstellen kann, bei dem Tohuwabohu stehen zu bleiben, wenn man nicht wie der Dummy mit Kabelbinden an die Zargen gefesselt ist.

Wenn andere Planeten statt des Mondes am Himmel stünden...

Wie würde unser Himmel aussehen, wenn, sagen wir mal, der Saturn mit seinen Ringen in Mondentfernung zu sehen wäre?


Freitag, 14. Juni 2013

Radioaktivität in alltäglichen Dingen - Video

Ich finde es immer wieder erstaunlich, wie wenig die Menschen doch von Radioaktivität allgemein und Radioaktivität in alltäglichen Dingen wissen. Und man beachte besonders das Verhalten der Passanten, wenn sich einige der gezeigten Dinge als durchaus Radioaktiv herausstellen.

Flower Bed - Simon's Cat

Donnerstag, 13. Juni 2013

Neubewertung der Rolle des Erdmantel-Wassers in der Plattentektonik

Wasser ist kein Schmiermittel
Neubewertung der Rolle des Wassers in der Plattentektonik
Wasser in der Erdkruste und im oberen Erdmantel spielt vielleicht doch nicht die wichtige Rolle als Schmiermittel der Plattentektonik, wie bisher vermutet. Dieses Ergebnis präsentieren Geowissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature (13.06.2013) nach der Untersuchung von Wasser im Mineral Olivin.
Laborversuche der vergangenen drei Jahrzehnte ließen den Schluss zu, dass die Anwesenheit von Wasser zur Schwächung der mechanischen Festigkeit des Minerals Olivin führt, einem wichtigen Bestandteil des oberen Erdmantels. In einer aktuellen Studie unter Federführung des Bayerischen Geoinstituts in Bayreuth wurde das Sekundärionen-Massenspektrometer (SIMS) des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ in Potsdam eingesetzt, um die Bedeutung des Wassers auf die mechanische Stabilität von Olivin zu überprüfen. Wurden solche Studien bisher auf Basis mineralischer Aggregate vorgenommen, erlaubt die SIMS-Methode die Untersuchung der Rolle des Wassers im Mineralgefüge sogar in einzelnen Olivinkristallen, nahezu auf atomarer Skala.
Michael Wiedenbeck, der am GFZ die SIMS-Untersuchung durchführte: „Es hat sich gezeigt, dass Wasser einen sehr viel geringeren Einfluss auf die mechanische Festigkeit von Olivin hat als bisher angenommen. Diese Ergebnisse erfordern eine Neubewertung der Rolle von Wasser im Erdinneren.“ Eine wichtige Konsequenz daraus ist, dass die Vorstellung, Wasser diene quasi als Schmiermittel für die Plattentektonik, neu überdacht werden muss.
Hongzhan Fei, Michael Wiedenbeck, Daisuke Yamazaki & Tomoo Katsura - Small effect of water on upper-mantle rheology based on silicon self-diffusion coefficients
DOI: 10.1038/nature12193; vol 498; issue 7453; pp. 213-215     
Dipl.Met. Franz Ossing Presse- und ÖffentlichkeitsarbeitHelmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Goshawk hunts in slow motion

Mittwoch, 12. Juni 2013

Von der Quelle bis zur Mündung planen

     Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jensen vom Forschungsinstitut Wasser und Umwelt der Universität Siegen und Prof. Dr.-Ing. Richard Herrmann vom Institut für Geotechnik plädieren für nationale und internationale Lösungen in Sachen Hochwasserschutz. Hochwasser 2013. An Elbe und Donau bangen die Menschen. An etlichen Orten werden Rekord-Pegelstände gemessen. Dämme brechen, Dörfer und Stadtteile werden überflutet, die Bürgerinnen und Bürger evakuiert. Hauptursache dieser neuerlichen Naturkatastrophe sind massive Regenfälle in Teilen Europas. Und dennoch hätten die Schäden nicht so drastisch ausfallen müssen, sind sich Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jensen vom Forschungsinstitut Wasser und Umwelt und Prof. Dr.-Ing. Richard Herrmann vom Institut für Geotechnik der Universität Siegen sicher. „Nach 2002 ist die Politik zu schnell zur Normalität übergegangen“, meinen beide. „Nun sind viele Verantwortliche wieder überrascht.“ Jensen: „Dabei müsste es eine Gesellschaft schaffen, jeden Bürger gegen ein Ereignis zu schützen, das im statistischen Mittel einmal pro Jahrhundert auftritt.“ Vielen Bürgern selbst sei aber noch nicht einmal bewusst, dass sie in hochwassergefährdeten Gebieten lebten, so Jensen weiter. „Die Verantwortlichen haben es versäumt, das Risiko zu vermitteln.“
Zweifelsohne ist das Thema Hochwasserschutz komplex. Herrmann: „Wir beschäftigen uns seit 15 Jahren mit der Thematik und haben auch schon viel erreicht.“ Mittlerweile sei bekannt, dass der ökologische Hochwasserschutz wie Polder nur begrenzte Wirkung habe. Jensen: „Das geht allenfalls um Zentimeter oder Dezimeter.“ Die riesigen Flächen zu akquirieren sei zeitraubend, nicht selten stünden sie gar nicht zur Verfügung. Herrmann: „Die Herausforderung für die Wissenschaft ist, ständig darauf zu drängen, die Sicherheit der Bürger zu erhöhen und neue Konzepte für sichere Deiche zu entwickeln.“ Heute sei es möglich, Deiche zu konzipieren, die durch- und überströmbar seien und massiven Beanspruchungen trotzten. Das Know-how ist da; an der Umsetzung mangelt es. Herrmann: „Der Hochwasserschutz in Bayern wird nur nach dem Gießkannenprinzip finanziert. Nur scheibchenweise wird etwas getan.“
Ein weiterer Schwachpunkt ist die nationale wie auch internationale Zusammenarbeit in Sachen Hochwasserschutz. Jensen: „Wir müssen weg von kleinskaligen Betrachtungen und hin zu einer nationalen, wenn nicht gar internationalen Lösung des Problems.“ Und weiter: „Wir brauchen einen abgestimmten Hochwasserschutz von der Quelle bis zur Mündung.“ Dazu gehöre eine verbesserte frühzeitige Vorhersage, die auf Simulationen basiert, bei denen nicht nur der Hauptfluss, sondern auch die Nebenflüsse betrachtet werden – und das über Grenzen hinweg. Benötigt werden nach Ansicht der beiden Experten zudem die Rahmenbedingungen für eine Gesamtlösung in einem Einzugsgebiet. Nachgedacht werden müsse auch über Konzepte zur Umnutzung von Siedlungsräumen. Komme es hart auf hart, könne es notwendig sein, Teile einer Stadt zu fluten, um andere Teile zu retten. Jensen: „Die Wissenschaft muss so frei sein, das zu überlegen.“ Die Rückhaltung von Wasser durch entsprechende Maßnahmen helfe bei kleineren und mittleren Hochwassern, bei großen nicht. Die Wissenschaftler zur aktuellen Situation: „Das war eine Vb-Wetterlage in einem begrenzten Bereich mit Unmengen an Wasser. Wenn der Schwamm voll ist, ist er voll.“

Insgesamt, skizzieren die Experten, bestehe der Hochwasserschutz aus drei grundlegenden Komponenten: der Hochwasservorsorge (Rückhaltung, Vorhersage etc.), dem technischen Hochwasserschutz (Dämme, Deiche, mobile Schutzwände etc.) und dem operationellen Hochwasserschutz (Frühwarnung, Ausbildung von Einsatzkräften etc.). Die Wissenschaft wolle Anstöße geben. Denn: Am politischen Willen zur Umsetzung von Maßnahmen hapere es erfahrungsgemäß im Nachgang zu Naturkatastrohen. Die Wissenschaftler der Uni Siegen jedenfalls haben vor, in diesem Bereich neue Forschungsschwerpunkte zu setzen – nicht zuletzt im Bereich „Zivile Sicherheit“ am Forschungskolleg „Zukunft menschlich gestalten“. Der aktuelle Stand zum Thema Sicherung von Dämmen, Deichen und Stauanlage ist in einer soeben erschienenen gleichnamigen Publikation festgehalten. Sie entstand im Nachgang zur Tagung „Sicherung von Dämmen, Deichen und Stauanlagen“ des Jahres 2012.
Katja Knoche Presse- und KommunikationsstelleUniversität Siegen


    

Per SMS vor Hochwasser warnen

     Wenn schwere Regenwolken über den Himmel ziehen oder ein heftiges Gewitter niedergeht, fragt sich der ein oder andere angesichts der aktuellen Ereignisse: Ist mein Hab und Gut bedroht? Eine Antwort darauf wollen Wissenschaftler des Geozentrums Nordbayern an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) geben: Sie entwickeln zusammen mit der Gesellschaft beratender Ingenieure für Bau und EDV (GBi) ein ausgefeiltes Computerprogramm, das betroffene Hausbesitzer, Unternehmer und Gemeinden in Zukunft individuell vor drohendem Hochwasser warnen soll. Gefördert wird das Projekt mit insgesamt rund 320.000 Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie.
Verschiedene Klimaprognosen deuten darauf hin, dass sich in den nächsten Jahren hierzulande Wetterlagen mit Starkregen häufen könnten. Kommt es zu einem solchen Niederschlag, schwellen kleine Bäche und Flüsse blitzartig an – Überschwemmungen drohen. Doch welche Grundstücke hochwassergefährdet sind, welche Ausmaße zu erwarten sind und wann genau es dazu kommt – dazu gibt es derzeit keine ausreichenden Informationen, die auch noch schnell und für einzelne Grundstücke verfügbar sind.

Genau das wollen die Geologen der FAU um Prof. Dr. Harald Stollhofen, Lehrstuhl für Geologie, und Prof. Dr. Joachim Rohn, Professur für Angewandte Geologie, sowie Projektkoordinator Dr. David Bertermann ändern: Zusammen mit den GBi-Ingenieuren erarbeiten sie in den nächsten eineinhalb Jahren ein regionales Frühwarnsystem und darauf aufbauend Konzepte für den lokalen Hochwasserschutz. Ihr Ziel ist eine Software, die Grundstücke herausfiltert, welche bei Starkregen von Überschwemmungen bedroht sind. Die betroffenen Eigentümer sollen dann jeweils aktuell über SMS, E-Mail oder eine mobile App rechtzeitig gewarnt werden. Die Geologen und Ingenieure verknüpfen dafür ganz unterschiedliche Daten: Sie greifen auf bereits vorliegende Informationen zur Topologie und Hydrodynamik zurück und erstellen neue Datensätze zu Bewuchs, Bodenbeschaffenheit und Versickerungsverhalten. Außerdem fließen in das Programm Liegenschaftsdaten aus den Gemeinden und aktuelle Wetterinformationen ein. Darauf aufbauend wollen die Forscher kommunale Konzepte zum Schutz vor Hochwasser weiterentwickeln, denn häufig zeigen vergleichsweise einfache Maßnahmen vor Ort eine große Wirkung auf Regionen, die weiter flussabwärts liegen.
Blandina Mangelkramer Kommunikation und PresseFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Erdrutsche: Gefahrenstellen identifizieren

Der starke Regen der vergangenen Wochen hat nicht nur zu Überschwemmungen geführt: An vielen Orten sind auch Hänge abgerutscht. Professorin Birgit Terhorst von der Uni Würzburg plädiert dafür, von Rutschungen gefährdete Stellen bundesweit zu kartieren. In Raum Wertheim (Main-Tauber-Kreis) waren nach einem Unwetter am 8. Juni mehrere Straßen von Erdrutschen blockiert. Auch bei Eltmann (Landkreis Haßberge) oder am Nordhang der A 70 bei Schlappenreuth (Landkreis Bamberg) kam es zu Hangrutschungen. In mehreren Orten auf der Schwäbischen Alb waren sogar ganze Wohnsiedlungen betroffen. Ein Grund dafür: die starken Regenfälle der vergangenen Wochen.
Bergrutsche und die Stabilität von Hängen sind seit rund 20 Jahren das Spezialgebiet von Birgit Terhorst, Professorin für Physische Geographie und Bodenkunde an der Universität Würzburg. „Wenn in einem Mittelgebirge ein Hang abrutscht, dann passiert das oft an Stellen, an denen es früher schon einmal geschehen ist“, sagt die Professorin. Dabei liegen die früheren Rutschungen zum Teil mehrere tausend Jahre zurück.
DFG-Projekt in Nordbayern
Gefährdete Stellen identifiziert Birgit Terhorst derzeit in einem Projekt, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird. Die Professorin und ihr Team arbeiten dabei in Mittelgebirgen in Nordbayern – unter anderem bei Ebermannstadt in der Fränkischen Alb, im Steigerwald und an der Frankenhöhe.
Die Projektmitarbeiter haben in diesen regen- und rutschreichen Tagen gut zu tun: Sie erfassen vor Ort aktuelle Hangrutschungen und dokumentieren sie auf Karten und digitalen Geländemodellen. „Wir typisieren die Rutschungen und erfassen sie in einer Datenbank“, erklärt Terhorst. Aus dem Ergebnis können die Wissenschaftler dann Ursachen, Ablauf und Dynamik von Rutschungen einschätzen. Zusätzlich analysieren sie das Rutschmaterial im Labor und unter dem Mikroskop. Das hilft ihnen bei der Beurteilung von Eigenschaften und Stabilität des Materials.
Gefährdungskarten als Ziel
Aus diesen Erkenntnissen und weiteren Daten erstellen sie Gefährdungskarten. „Wir können damit aber nicht vorhersagen, wann ein Rutsch auftreten wird. Wir stellen nur ganz allgemein fest, ob eine Gefährdung gegeben ist oder nicht“, betont die Würzburger Wissenschaftlerin. Mit den Karten könnten betroffene Gemeinden und Behörden aber immerhin Gegenmaßnahmen planen.
„Wichtig wäre es für die Zukunft, die Gefährdung von potenziellen Rutschgebieten für alle Mittelgebirge in ganz Deutschland in Kartenform zu erfassen“, so Terhorst. Solche Karten gebe es bislang nur für die Alpenregion.
Robert Emmerich Presse- und ÖffentlichkeitsarbeitJulius-Maximilians-Universität Würzburg


CCS - capturing global opportunities and injecting fresh energy into the oil and gas industry?

Rivers Under the Sea

Exceptionally Preserved Fossils: Windows on the Evolution of Life

Mittwoch, 5. Juni 2013

Bodenfeuchterekorde im Mai haben das Juni-Hochwasser noch verstärkt

     Die Bodenfeuchterekorde im Mai haben das Juni-Hochwasser noch verstärkt. Zu diesem Ergebnis kommt das Center for Disaster Management and Risk Reduction Technology (CEDIM) aufgrund einer Analyse der Eigenheiten und des Verlaufs des aktuellen Extremhochwassers im Vergleich zu früheren Ereignissen. CEDIM ist eine gemeinsame Einrichtung des Helmholtz-Zentrums Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ) und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).

Die Analysen zeigen ein Ereignis, bei dem ein umfangreicher Tiefdruckkomplex vom 27. Mai bis 3. Juni beständig feuchte Luft nach Mitteleuropa geführt hat. In der Folge kam es in Deutschland, Tschechien, Österreich und der Schweiz durch Staueffekte besonders an den Nordrändern der Mittelgebirge und der Alpen zu anhaltenden und intensiven, jedoch nur selten rekordverdächtigen Regenfällen. „Insbesondere die Kombination mit den äußerst ungünstigen Vorbedingungen – der Boden konnte die neuerlichen Niederschläge nach einem sehr feuchten Mai nicht mehr aufnehmen – führte zu diesem extremen Hochwasserereignis“, erläutert Bernhard Mühr vom KIT. Ende Mai wiesen 40 Prozent der Landesfläche Deutschlands neue Bodenfeuchterekorde auf.

„Aus hydrologischer Sicht übertrifft das Junihochwasser 2013 im Hinblick auf das Ausmaß der betroffenen Gebiete, mehr als 40 Prozent des deutschen Gewässernetzes, bereits jetzt das Augusthochwasser 2002 und ist unter den ‚modernen‘‚ Hochwasserereignissen wohl nur mit dem Ereignis vom Juli 1954 zu vergleichen“, sagt Dr. Kai Schröter vom GFZ. Auch die Abflussspitzen erreichten Werte in der Größenordnung dieser beiden historischen Ereignisse, wobei an der Elbe und Saale die Werte aktuell noch steigen könnten.
Ungewöhnlich sei, so die Wissenschaftler, dass so viele Flussgebiete gleichzeitig von sehr schwerem Hochwasser – mit Wiederkehrwahrscheinlichkeiten von über 50 Jahren – betroffen sind. Klare Ereignisschwerpunkte sind, etwa im Gegensatz zu 2002, nicht zu erkennen. „Wenn die Schäden dennoch nicht das Ausmaß vom Augusthochwasser 2002 erreichen werden, so liegt das zum einen an Fortschritten im Hochwasserschutz, dem Ausbleiben von Deichbrüchen und der überwiegenden Betroffenheit von Gebieten mit ‚hochwassererprobter‘ Bevölkerung, zu der im Gegensatz zu 2002 jetzt auch die des Elbegebietes zählt“, so Dr. Florian Elmer vom GFZ. Auch die Regionen Süddeutschlands könnten aufgrund von Geländeformen, Siedlungsart und sozio-ökonomischer Struktur vergleichsweise gut mit Hochwasserauswirkungen umgehen.
Das CEDIM ist eine interdisziplinäre Forschungseinrichtung im Bereich des Katastrophenmanagements und wird vom Deutschen GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gemeinsam betrieben. Es trägt bei zur Earth System Knowledge Platform (ESKP) der Helmholtz-Gemeinschaft, mit der ab der zweiten Jahreshälfte 2013 aktuelle Informationen sowie Hintergrundwissen unter anderem zu extremen Wetter- und Klimaereignissen wie zum Beispiel Hochwasser online im Internet bereitgestellt werden sollen.
Der ausführliche Bericht findet sich hier:
http://www.cedim.de/download/FDA_Juni_Hochwasser_Bericht1.pdf
Das CEDIM arbeitet weiter an diesem Thema und wird unter dem genannten Link aktualisierte Versionen des Berichtes und umfassendere Analysen zur Verfügung stellen.
Monika Landgraf Presse, Kommunikation und MarketingKarlsruher Institut für Technologie


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