D-AERO: Deutschlandweite Aerogeophysik-Befliegung zur Kartierung des nahen Untergrundes und seiner Oberfläche - Auswertung
Land / Region: Deutschland
Projektanfang: 01.04.2016
Projektende: 31.03.2020
Projektstand: 31.03.2020
Das im Jahr 2007 begonnene D-AERO-Projekt, in dem acht Messgebiete an der deutschen Nordseeküste mit dem BGR-Hubschrauber beflogen worden sind, wird durch eine Auswertephase ergänzt. Ziel ist es, bestehende Datensätze auszuwerten und in INSPIRE-konformen Formaten zur Verfügung zu stellen. Die Ergebnisse werden über das BGR-Produktcenter als Download zur Verfügung gestellt und sind über den BGR-Geoviewer visualisierbar. Ferner sind die Daten auch in einem Fachinformationssystem (FIS-Geophysik LIAG) abgelegt.
Die Kenntnis des nahen Untergrundes zwischen Oberfläche und hundert Metern Tiefe ist eine wesentliche Grundvoraussetzung in vielfältigen ökonomischen, ökologischen und geowissenschaftlichen Bereichen: Wassernutzungskonzepte, Bodennutzungsplanung, Industrieplanung, Deponienanlagen, Städteplanung, Verkehrswegebau, Bergbau, Renaturierungsmaßnahmen, Naturschutzgebietserweiterung, Überschwemmungsflächenausweisung und vieles mehr sind auf das Wissen um den Aufbau und die Beschaffenheit der oberen Erdschichten angewiesen.
Bislang wurden solche Kartierungen lokal bis regional mit bodengestützten Verfahren in der Regel nur dort durchgeführt, wo gesetzliche Vorschriften solche Untersuchungen vorschrieben oder besondere geowissenschaftliche Studien durchgeführt wurden. Über die Gesamtheit der Fläche der Bundesrepublik Deutschland betrachtet ist ein solches Vorgehen im Vergleich zu aerogeophysikalischen, flächendeckenden Befliegungen bruchstückhaft und wenig effizient. Insbesondere geht die flächige Verknüpfung der Daten verloren, die in vielen Bereichen grundlegend ist: So kann zum Beispiel eine Änderung in der Bodennutzung auch Änderungen im Wasserhaushalt zur Folge haben, die Änderung im Grundwasserpegel ist wiederum wichtig für Städte- oder Verkehrswegeplanung.
Neben den enormen Vorteilen für nahezu jede Art von Flächenplanung und größeren Tiefbauaktivitäten bietet D-AERO eine große Chance für die deutschen Geowissenschaften: In den ersten hundert Metern finden die wesentlichen Austausch- und Transportprozesse statt für Salze und andere Mineralien, Düngemittel, Schadstoffe usw. Zudem können aus dem Aufbau der obersten Deckschichten Informationen, zum Beispiel über den sedimentären Aufbau von Beckenstrukturen, gewonnen werden.
Nimmt man zu den Tiefendaten eine hoch auflösende Oberflächendarstellung der Bundesrepublik hinzu ist es weiterhin möglich, Daten der Oberflächenstruktur mit denen des Untergrundes zu koppeln. Damit kann das schon vorhandene Aussagepotential der geophysikalischen Kartierung des Untergrundes noch erweitert werden. Ein dreidimensionales Geoinformationssystem für die Oberfläche und nahen Untergrund ist ein ideales Raumplanungswerkzeug, das neben geologisch-geophysikalischen Basisinformationen auch zeitlich-räumliche Änderungen in den Oberflächendaten dokumentieren kann.
Aerogeophysik-Messgebiete der BGR in Norddeutschland
Quelle: BGR
In der Bundesrepublik liegen hoch auflösende aerogeophysikalische Vermessungen nur in einzelnen Gebieten vor, die sich überwiegend in Norddeutschland befinden und sukzessive zusammengefügt werden. Die BGR bietet seit 2007 eine weitere beispielhafte Vermessungen mit ihrem Hubschraubermesssystem an, um die Aerogeophysik für weitere thematische Kartierungen auch außerhalb der norddeutschen Ebene erproben zu können.
Eine besonders geeignete Methode zur Kartierung der oberen hundert Meter des Untergrundes ist die Aeroelektromagnetik, mit der die Tiefenlage von Leitfähigkeitsstrukturen im Untergrund bestimmt und für eine geologische Interpretation bereitgestellt werden. Damit können Grundwassersysteme, Tonlagen, Versalzungen und weitere Untergrundstrukturen kartiert werden.
Die Aeromagnetik kann insbesondere tiefer gelegene Gesteinsstrukturen unterschiedlicher Magnetisierung wie Sediment- gegen Granitgestein, regionale Störungssysteme wie den Rheingraben und oberflächennahe Deponien für metallische Altlasten und ähnliche Strukturen kartieren.
Die Aeroradiometrie erfasst die künstliche und natürlich Gammastrahlung und kann z.B. zur Unterscheidung verschiedener Bodenarten genutzt werden. Sie bietet sich damit insbesondere für den Vergleich und die Verschneidung mit hoch auflösenden Satellitenbildern an. Bei Wiederholungsflügen kann unter anderem auch der Grad der Bodendurchfeuchtung im Vergleich zu früheren Daten erfolgen.
Zusammen mit weiteren geophysikalischen oder geologischen Kenntnissen über den Untergrund kann eine Interpretation über den Aufbau und das Verhalten des Untergrunds abgeleitet werden, je nach Fragestellung in verschiedenen Anwendungsbereichen:
- Grundwasserkartierung,
- Bestimmung von Salz-/Süßwassergrenzen,
- Kartierung von Salzwasseraufstiegszonen,
- Kontrolle großer Deichanlagen,
- Kartierung von Störungszonen im Festgestein,
- geologische Kartierung des flachen Untergrundes,
- Bestimmung der Locker-/Festgesteinsgrenze,
- Lokalisation von Altlasten, Deponiekartierung, Deponiesickerwässer,
- Erkundung und Überwachung von Altlasten,
- Standorterkundung und Baugrunduntersuchungen von großtechnischen Anlagen,
- ingenieurgeologische Erkundung für Verkehrswegen und Trassenbau,
- Lagerstättenexploration,
- Erkundung mineralischer und nicht-mineralischer Rohstoffe,
- archäologische Vorerkundungen,
- Hofbodenkartierung,
- Moorerkundung,
- usw.
Die Ergebnisse der Befliegungen an der Nordseeküste sind in Siemon et al. (2020) veröffentlicht worden. Sie zeigen u. a. die Süß-/Salzwasserverteilung auf den Inseln Borkum und Langeoog und in Ostfriesland, am Jadebusen, im Weser-Elbe-Gebiet sowie zwischen Hamburg und der Elbmündung. Eine Studie befasst sich zudem mit Ausdehnung und Mächtigkeit des Ahlen-Falkenberger Moores.
Literatur
Veröffentlichungen
Costabel, S., Siemon, B., Houben, G. & Günther, T., 2017. Geophysical investigation of a freshwater lens on the island of Langeoog: Insights from combined HEM and MRS data. Journal of Applied Geophysics, 136, 231-245, doi: 10.1016/j.jappgeo.2016.11.007.
Siemon, B., Christiansen, A.V. & Auken, E., 2009. A review of helicopter-borne electromagnetic methods for groundwater exploration. Near Surface Geophysics, 7, 629-646, doi: 10.3997/1873-0604.2009043.
Siemon, B., Costabel, S., Voß, W., Meyer, U., Deus, N., Elbracht, J., Günther, T. & Wiederhold, H., 2015. Airborne and ground geophysical mapping of coastal clays in Eastern Friesland, Germany. Geophysics, 80 (3), WB21-WB34, doi: 10.1190/GEO2014-0102.1.
Siemon, B., Ibs-von Seht, M. Steuer, A., Deus, N. & Wiederhold, H., 2020. Airborne electromagnetic, magnetic, and radiometric surveys at the German North Sea Coast applied to groundwater and soil investigations. Remote Sensing, 12(10), 1629, doi: 10.3390/rs12101629
Siemon, B., Steuer, A., Deus, N. & Elbracht, J., 2018. Comparison of manually and automatically derived fresh-saline groundwater boundaries from helicopter-borne EM data at the Jade Bay, Northern Germany. E3S Web of Conferences, 54, 00032, 6p, doi: 10.1051/e3sconf/20185400032.
Steuer, A., Siemon, B. & Auken, E., 2009. A comparison of helicopter-borne electromagnetics in frequency- and time-domain at the Cuxhaven valley in Northern Germany. Journal of Applied Geophysics, 67 (3), 194-205. doi: 10.1016/j.jappgeo.2007.7.001.
Sulzbacher, H., Wiederhold, H., Siemon, B., Grinat, M., Igel, J., Burschil, T., Günther, T. & Hinsby, K., 2012. Numerical modelling of climate change impacts on freshwater lenses on the North Sea Island of Borkum using hydrological and geophysical methods. Hydrol. Earth Syst. Sci., 16, 3621–3663, doi: 10.5194/hess-16-3621-2012 (online: http://www.hydrol-earth-syst-sci.net/16/3621/2012/hess-16-3621-2012.pdf).
Wiederhold, H., Scheer, W., Sulzbacher, H., Siemon, B. & Kirsch, R., 2015. Nordseeinseln im Klimawandel – die Nordfriesische Insel Föhr und die Ostfriesische Insel Borkum, In: Tillmann, T. (ed.), Aktuelle Küstenforschung an der Nordseeküste, Coastline Reports 25, 45-58.
Tagungsbeiträge
Ibs-von Seht, M. & Siemon, B., 2010. Hochaufgelöste aeromagnetische Messungen im Elbe-Weser-Küstenraum. Poster, 70. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 15.–18.3.2010, Bochum, GG-P07.
Schaumann, G., Steuer, A., Siemon, B., Wiederhold, H. & Binot, F., 2010. Die deutsche Nordseeküste im Fokus aeroelektromagnetischer Untersuchungen, Teilgebiete Langeoog mit Wattenmeer und Elbemündung. In: Ritter, O. & Weckmann, U. (Ed) Proceedings of the 23rd Schmucker-Weidelt-Colloquium for Electromagnetic Depth Research, Potsdam, ISSN 0946-7467, 177-187.
Siemon, B., Wiederhold, H., van Baaren, E., Dabekaussen, W., Ullmann, A., Steuer, A., Delsman, J. & Gunnink, J., 2017. Regionale Grundwassererkundung an der Nordseeküste mit der Hubschrauberelektromagnetik. In: Becken, M. & Hölz, S. (Hrsg.), Protokoll über das 27. Schmucker-Weidelt-Kolloquium für Elektromagnetische Tiefenforschung, Breklum, 25.-29. September 2017, 108.
Steuer, A., Siemon, B. & Grinat, M., 2010. The German North Sea Coast in Focus of Airborne Electromagnetic Investigations: The Freshwater Lenses of Borkum. In: Ritter, O. & Weckmann, U. (Ed) Proceedings of the 23rd Schmucker-Weidelt-Colloquium for Electromagnetic Depth Research, Potsdam, ISSN 0946-7467, 188-197.
Steuer, A., Siemon, B., Schaumann, G., Wiederhold, H., Meyer, U., Pielawa, J., Binot, F. & Kühne, K., 2009. The German North Sea Coast in Focus of Airborne Geophysical Investigations. – AGU Fall Meeting 2009, San Francisco, USA.
Wiederhold, H., Binot, F., Kühne, K., Meyer, U., Siemon, B. & Steuer, A., 2008. Airborne geophysical investigation of the German North Sea Coastal Area. – 20th Salt Water Intrusion Meeting 2008, Naples, USA.
Technische Berichte
(Stehen auch über das BGR-Produktcenter zum Download bereit.)
Projektbeiträge:
- Aerogeophysikalische Erkundung des Ahlen-Falkenberger Moores
- Aerogeophysikalische Kartierung am Jadebusen
- Aerogeophysikalische Kartierung im Weser-Elbe-Gebiet
- Aerogeophysikalische Kartierung in Ostfriesland
- Kartierung der elektrischen Leitfähigkeitsverteilung zwischen Hamburg und Elbmündung