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Widerstand im Untergrund

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

Am 16. März 1789 wurde Georg Simon Ohm geboren. Der Physiker entdeckte eine der wichtigsten Grundlagen der Elektrotechnik und damit gleichzeitig eine der bedeutendsten physikalischen Größen: den elektrischen Widerstand. Heute nutzen Geoforscher Ohms Entdeckung, um den Untergrund zu durchleuchten.

Das Ohmsche Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen elektrischem Strom und elektrischer Spannung in einem Leiter. Die Proportionalitätskonstante zwischen beiden Größen ist der elektrische Widerstand. Georg Simon Ohm deckte die Verbindung zwischen Strom und Spannung bereits 1826 auf; gewürdigt wurde er dafür erst sehr viel später. Die größte Ehrung erfuhr er schließlich posthum. Die Einheit des Widerstands wurde 1881, 27 Jahre nach Ohms Tod, nach ihm benannt.

Widerstand und Ohmsches Gesetz

Diese Sonderbriefmarke zeigt das Ohmsche Gesetz (Formel rechts im Bild) sowie einen typischen Widerstand. (Bild: Wikimedia Commons)

Ohm hätte sich wahrscheinlich nicht träumen lassen, in welchen Bereichen seine Entdeckung später einmal Anwendung finden würde. So kann man den elektrischen Widerstand bzw. seine Abhängigkeit von der Temperatur nutzen, um hochgenaue Thermometer zu bauen. Lügendetektoren messen u.a. den elektrischen Widerstand der Haut, der sich durch Schweiß verändert. Zahnärzte können Karies dadurch aufspüren, dass kariöse Zahnsubstanz im Vergleich zum gesunden Teil des Zahns eine höhere Leitfähigkeit und damit einen geringeren Widerstand hat.

Und noch ein anderen großer Forschungsbereich, an den man nicht unbedingt als erstes denkt, wenn es um elektrischen Widerstand geht, profitiert von Ohms Entdeckung: die Geoforschung und hier speziell jener Bereich, der sich der Erkundung des Untergrunds verschrieben hat. Der Blick in den normalerweise undurchsichtigen Boden gelingt nur mittels indirekter Methoden, die neben dem Schall eben auch elektromagnetische Felder einsetzen und aus der Leitfähigkeit des Untergrunds Rückschlüsse auf dessen Struktur zulassen. Ein Beispiel ist die Vulkanologie, die sich u.a. mit der Verteilung und Größe unterirdischer Magmenkammern beschäftigt. So konnten Forscher der Universität Utah erst kürzlich verkünden, dass der vulkanische Hotspot unter dem Yellowstone-Nationalpark in den USA größer ist als bislang angenommen. Die Vulkanologen hatten die Tatsache ausgenutzt, dass durch Bereiche mit geschmolzenem Gestein, das sich mit Salzwasser mischt, die Leitfähigkeit des Untergrunds stark variiert.

Den Einfluss von Salzwasser auf die Leitfähigkeit des Bodens machen sich auch andere Projekte zunutze. Paradebeispiele sind hier „BRINE“ und „AIDA“ – beides Projekte unter dem Dach des FuE-Programms GEOTECHNOLOGIEN. Bei AIDA dreht sich alles um die Kartierung von unterirdischen Wasservorkommen. Hierzu werden die unterschiedlichen Leitfähigkeiten von Salz- und Süßwasser ausgenutzt. Auch bei BRINE greift man auf dieses Unterscheidungsmerkmal zurück. Nur dass hier noch ein weiteres Element, nämlich das Treibhausgas Kohlendioxid eine wichtige Rolle spielt. Im Rahmen von BRINE wird untersucht, wie CO2, das im Rahmen des CCS-Verfahrens in unterirdische Speicherformationen eingeleitet wird, dort bereits vorhandenes Salzwasser verdrängt. Diese Untersuchungen geschehen u.a. mithilfe von elektrischer Widerstandstomografie, die es den Forschern an der Erdoberfläche erlaubt, durch die Vermessung der in den Boden eingeleiteten elektromagnetischen Felder zwischen leitfähigem Salzwasser, weniger leitfähigem Süßwasser und gar nicht leitendem CO2 zu unterscheiden. Ohne die von Georg Simon Ohm entdeckte Proportionalität von Strom und Spannung würde heutigen Geoforschern ein zentrales Werkzeug zur Erkundung des Untergrunds fehlen.

TM, iserundschmidt 03/2012


Informationen zu den Projekten des GEOTECHNOLOGIEN-Schwerpunkts „Tomografie der Erdkruste - Von der Durchschallung zum Echtzeitmonitoring“ finden Sie hier, eine Übersicht der Projekte des Bereichs „Technologien für eine sichere und dauerhafte Speicherung des Treibhausgases CO2 III“ hier.

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