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Tomografie: Bilder des Erdinneren

erstellt von eschick zuletzt verändert: 17.11.2016 13:36 — abgelaufen

„Die Erde als System begreifen“ – diesem Leitsatz folgend, sind die GEOTECHNOLOGIEN-Projekte in interdisziplinären Schwerpunkten gebündelt. Nur so lassen sich Lösungen für komplexe Herausforderungen wie den Klimawandel finden. Zum Auftakt der Reihe über ausgewählte Schwerpunkte widmen wir uns der Tomografie.

Die SOUND-Forscher wollen unterirdische Bauarbeiten - wie hier eines Straßentunnels in Madrid, Spanien - sicherer machen. (Bild: Herrenknecht AG) Um die Erdkruste genauer unter die Lupe zu nehmen, dafür haben Geowissenschaftler verschiedene Gründe. Die einen fahnden mit tomografischen Methoden nach den Ursachen von Naturgefahren wie Erdbeben und Vulkanausbrüchen. Andere wiederum arbeiten daran, ein möglichst genaues Bild der Strukturen im Erdinnern zu erhalten, um Rohstoffe aufzuspüren. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung förderte im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN-Schwerpunkts "Tomografie der Erdkruste" Projekte zu diesen Fragestellungen. Eines davon: Das Forschungsprojekt SOUND, das mittels seismischer Untersuchungen dazu beigetragen hat, den Tunnelbau zu verbessern.

Wie hier beim Bau des Gotthard-Basistunnels (finaler Durchstich 2010) ist es wichtig zu wissen, was vor dem Bohrer liegt. (Bild: Herrenknecht AG)Beim Tunnelbau wird geklotzt, nicht gekleckert. In Großprojekten wie dem Gotthardt-Tunnel wird mit Röhren von über 50 Kilometern Länge und Durchmessern von mehr als 13 Metern gearbeitet. Oft finden die Bohrungen zudem in komplexer urbaner Umgebung statt, etwa beim Bau einer voluminösen Abwasseranlage in einer Millionenstadt wie Hongkong. Um diese Arbeiten sicher und effizient durchzuführen, benötigt man detaillierte Kenntnisse über das Gestein, das vor der Tunnelbohrmaschine liegt. Ziel des SOUND-Projekts war die Verbesserung dieser Vorauserkundungstechnologie. Im Interview berichtet der Koordinator des Vorhabens, Dr. Stefan Lüth vom Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam, von den Herausforderungen und Erfolgen des Projekts.

planeterde: Herr Dr. Lüth, bitte beschreiben Sie noch einmal kurz, womit Sie sich im Rahmen von SOUND beschäftigt haben.

Lüth: Das Projekt SOUND hat sich mit zwei Aspekten im Bereich der Entwicklung und Nutzung des unterirdischen Raums befasst. Zum Einen ging es um eine geophysikalische Vorauserkundung der Gesteinsschichten, die während des Prozesses der Bohrung, dem sog. Tunnelvortrieb, abläuft. Zum Anderen arbeiteten wir an der Umfelderkundung und Überwachung von bestehenden Bauarbeiten. Bei der Vorauserkundung wurde das Potential einer dauernden "passiven" seismischen Datenaufzeichnung untersucht, bei der das Schneidgeräusch der Tunnelbohrmaschine als seismische Quelle genutzt wird. Hierzu wurde ein Feldexperiment mit anschließender Datenauswertung auf einer Tunnelbaustelle durchgeführt. Zum Thema "Überwachung" und "Umfelderkundung" wurden Testmessungen im Forschungsbergwerk Reiche Zeche in Freiberg durchgeführt und mit Hilfe tomographischer Methoden ausgewertet.

planeterde: Haben Sie die Ziele, die Sie sich mit SOUND gesteckt haben, erreicht?

Komplexe Aufgabe: Tunnelbohrmaschine beim Bau eines innerstädtischen Abwassertunnels für die Millionenmetropole Hongkong. (Bild: Herrenknecht AG)Lüth: In der Vorauserkundung im aktiven Tunnelvortrieb waren wir in der gesamten Projektphase mit großen logistischen Herausforderungen konfrontiert, die sich am Ende auf Umfang und Qualität der aufgezeichneten Daten ausgewirkt haben. Die im Tunnelbau tätigen Firmen sind in der Regel keine KMU. [Anm. d. Red: Laut der Förderungsrichtlinien sollen die Projekte vornehmlich mit sog. „KMU“, kleinen und mittleren Unternehmen, zusammenarbeiten.] Daher konnte aus formalen Gründen kein Unternehmen als Projektpartner im Vorhaben tätig werden. Durch informelle Kontakte konnte zwar dennoch eine Baustelle gefunden werden, die Messungen konnten aber erst in einer späten Phase des Vorhabens durchgeführt werden. Darum war eine Auswertung im Rahmen des Vorhabens nicht mehr möglich. In der Umfelderkundung und Überwachung von unterirdischen Bauten konnte die Anwendbarkeit seismischer Messungen zur zeitlich und räumlich hochauflösenden Überwachung gezeigt werden.

planeterde: Welchen gesellschaftlichen Nutzen hatte die Projektarbeit? Sind direkte Anwendungen aus ihr entsprungen?

Lüth: Direkte Anwendungen sind aus der Arbeit nicht hervorgegangen. Es wurden zu verschiedenen Fragestellungen Daten erhoben, die in der Folge eine Grundlage für künftige Entwicklungen darstellen. Für eine effektivere Umsetzung hätte dem Projekt die Einbindung eines Partners aus der Wirtschaft und technisches Personal geholfen.

planeterde:  Inwieweit haben Sie davon profitiert, dass Sie sich während der Förderdauer mit Vertretern der anderen Projekte des Schwerpunkts Tomographie austauschen konnten?

Lüth: Insbesondere der Austausch mit dem Vorhaben TOAST war für uns sehr hilfreich. Wir konnten direkt durch Übernahme von Methoden und direkte Zusammenarbeit mit Mitarbeitern des TOAST-Projekts sehr gute Ergebnisse bei der tomographischen Inversion erreichen.

planeterde: Haben Sie die in SOUND begonnene Forschung nach der Förderung durch die GEOTECHNOLOGIEN fortgesetzt? Welche Fortschritte erwarten Sie auf diesem Feld für die Zukunft?

Lüth: SOUND stellt zunächst (in Fortsetzung des vorigen OnSITE Projektes) den Abschluss der Arbeiten dar, da wir in unserer Einrichtung aktuell kein Personal zur Verfügung haben, das sich mit diesem Thema weiter beschäftigen kann. Mir ist aus Gesprächen mit japanischen Kollegen aus diesem Bereich bekannt, dass an diesen Fragen aktiv weiter geforscht wird. Hier können Fortschritte erwartet werden. Die im Rahmen von SOUND bearbeiteten Fragen sind hoch spezialisiert und - vor allem in Deutschland - nur für einen sehr kleinen Nutzerkreis interessant. Außerdem hat die unterirdische Bautätigkeit in den letzten Jahren nachgelassen, vor allem was Großprojekte wie sehr lange und tiefe Tunnel betrifft. Deshalb ist zurzeit nur ein geringes öffentliches Interesse vorhanden und von den Geldgebern wird erwartet, dass eventuell weiter notwendige Entwicklungsarbeiten von der Wirtschaft selbst getragen werden. Es ist aber möglich, dass in den nächsten Jahren aufgrund der derzeitigen Debatte im Energiebereich die Erkundung, Nutzung und Überwachung unterirdischer Bauten wieder größere Bedeutung erhalten werden und dabei auch Methoden der Vorhaben OnSITE, TOAST und SOUND größere Aufmerksamkeit erlangen werden.

planeterde: Herr Dr. Lüth, vielen Dank für das Interview.


Im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN-Forschungsschwerpunkts „Tomografie der Erdkruste“ wurden neben SOUND noch acht weitere Projekte gefördert. Eine Übersicht zu diesen finden Sie hier.

ES, iserundschmidt 12/2014