Investigation of the near subsurface of geomorphic landforms using radiomagnetotellurics
Final Report Abstract
Große Massen an Gebirgsschutt und Geröll werden ständig im Gebirge durch Frost und Regen freigesetzt und in Bächen und Flüssen ins Tal gespült, zerkleinert und schließlich ins Meer befördert. In Permafrostgebieten, wo der Boden das ganze Jahr über gefroren ist, hängt die Stabilität des Untergrundes von der Temperatur und von der Mächtigkeit der gefrorenen Schicht ab. Das Verständnis der Erosions- und Transportprozesse ist auch für unser tägliches Leben von Bedeutung, z.B. um die Sicherheit von Ansiedlungen bewerten zu können und Landnutzung sinnvoll zu planen. Im Zuge des Klimawandels wird die Bedeutung dieser Forschung weiter zunehmen. Die Erkundung der betroffenen Gebiete kann sehr aufwändig sein, da z.B. die Bestimmung der Dicke einer Geröllhalde oder einer Permafrostschicht oft in schwierigem, schwer zugänglichem Gelände erfolgen muss. Man bedient sich hierzu auch geophysikalischer Methoden, die z.B. auf der Messung der Schallgeschwindigkeit oder der elektrischen Leitfähigkeit im Boden beruhen. Bisher übliche Verfahren erfordern jedoch relativ schweres Gerät, welches von mehreren Personen bedient und getragen werden muss. In diesem Projekt wurde der Einsatz eines innovativen Verfahrens, der sogenannten Radiomagnetotellurik, erforscht. Die Methode nutzt die elektromagnetischen Wellen, die für Langwellenradio oder zur Kommunikation mit U-Booten eingesetzt werden und an jedem Ort der Erde empfangen werden können, um die elektrische Leitfähigkeit des Bodens und deren Schichtung zu bestimmen. Gegenüber etablierten Verfahren benötigt die Radiomagnetotellurik erheblich weniger Ausrüstung und kann von einer Person bedient werden. Der Einsatz in Gebieten, die von Erosion oder Gerölltransport betroffen sind, ist jedoch nicht ohne Umstellungen möglich, da der Untergrund dort meist elektrisch schlecht leitet, und die starke Topografie die elektromagnetischen Wellen verzerrt. Daher wurden Maßnahmen entwickelt, um diese Störungen abzumildern und den Einsatz der Radiomagnetotellurik zu ermöglichen. Die geringe Leitfähigkeit erschwert die Ankopplung elektrischer Sensoren an den Untergrund. Um die Ankopplung zu verbessern, wurden spezielle kapazitive Elektroden entwickelt, die eine große Fläche besitzen, aber gleichzeitig leicht und robust sind. Außerdem führt die geringe Leitfähigkeit dazu, dass die Simulationsprogramme, die üblicherweise zur Interpretation der Daten verwendet werden, ungenau werden. Sie lassen nämlich ein Ausbreitungsphänomen, sogenannte Verschiebungsströme, unberücksichtigt, weil es die Rechnungen komplizierter macht und bei hohen Leitfähigkeiten keine Rolle spielt. Um Verschiebungsströme, und den Effekt der Verzerrung durch Topografie simulieren zu können, wurde ein kommerzielles Programmpaket verwendet. Es zeigt sich, dass man aussagekräftige Ergebnisse erzielen kann wenn man die Messungen der elektrischen Felder nur in einer bestimmten Richtung durchführt, und die Verschiebungsströme in die Simulationsrechnungen mit einbezieht. Die Radiomagnetotellurik kann nun in bestimmten Situationen eine erhebliche Erleichterung bei der Erkundung betroffener Gebiete darstellen
Publications
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Erkundung des oberflächennahen Untergrundes geomorphologischer Landformen unter Einsatz der Radiomagnetotellurik (RMT); 65. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, Graz, 2005
Thiemer, M. und Hördt, A.
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RMT mit kapazitiven Elektroden, Kolloquium Elektromagnetische Tiefenforschung Haus Wohldenberg, Hildesheim, 2005
Thiemer, M. und Hördt, A.
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Aspekte radiomagnetotellurischer Messungen im Hochgebirge; 66. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, Bremen, 2006
Thiemer, M. und Hördt, A.
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RMT mit kapazitiven Elektroden, Kolloquiumsband Elektromagnetische Tiefenforschung Haus Wohldenberg, 2006
Thiemer, M. und Hördt, A.
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2007, Anwendung multipler geophysikalischer Methoden zur Rekonstruktion der Flussgeschichte der Sieg, DGG-Tagung, Aachen.
Geilhausen, M., Hoffmann, T., Hauck, C.
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2007. A sediment budget of a sandur in the forefield of the Pasterze glacier (Upper Tauern, Austria), Geophysical Res.
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Hartmeyer, I., Prasicek, G., Geilhausen, M., und Schrott, L.
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2008, Contact impedance of grounded and capacitive electrodes, in: Ritter, O. und
Brasse, H. (Hrsg.), Protokoll über das 22. Kolloquium „elektromagnetische Tiefenforschung“,
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Hördt, A.
