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Forschende des Deutschen GeoForschungsZentrums in Potsdam haben eine gezielte Sprengung einer Weltkriegsbombe in Potsdam als Signalquelle für eine Messung genutzt, bei der sie konventionelle Messverfahren mit einer neuartigen faseroptischen Messtechnologie kombinierten. Das führte zu einer besonders hohen Datendichte und Datenqualität.
Mit der Entscheidung der möglichen Sprengung einer Weltkriegsbombe am 26.6.2020 in Potsdam ergab sich für die Wissenschaft in der Landeshauptstadt ad hoc die Möglichkeit einer geophysikalischen Erkundung des Potsdamer Untergrundes, die das Deutsche GeoForschungsZentrum GFZ in Absprache mit dem Kampfmittelbeseitigungsdienst des Landes Brandenburg (KMBD) und der Energie und Wasser Potsdam GmbH (EWP) durchführte. Die Forschenden nutzten die Detonation als Signalquelle für eine Messung, bei der sie konventionelle Messverfahren mit einer neuartigen faseroptischen Messtechnologie kombinierten, was zu einer besonders hohen Datendichte und Datenqualität führte.
Charlotte Krawczyk, Direktorin des Departments Geophysik am GFZ: „Die gefährliche Hinterlassenschaft eines Krieges für eine geowissenschaftliche Testmessung mitten in der Stadt nutzen zu können und damit die Sprengung der Bombe in eine sinnvolle Nutzung münden zu lassen, war uns und allen Beteiligten sofort Ansporn und Herausforderung. Dieses Momentum möchten wir kooperativ ausbauen.“
Für die Messkampagne wurden 15 Geophone auf dem Telegrafenberg und 3 Geophone auf der Freundschaftsinsel in 10, 50 und 100 Meter Entfernung vom Schusspunkt aufgestellt. Mehrere Schallmessgeräte befanden sich auf dem Telegrafenberg, in Potsdam-West und in unmittelbarer Nähe des Schusspunktes der Helmholtz-Straße sowie in Berlin-Westend.
Wissenschaftlich besonders interessant war die Einbeziehung von zwei Glasfasern des städtischen Telekommunikationsnetzes, an die in Absprache mit EWP kurzfristig Messgeräte angeschlossen werden konnten. Eine Telekommunikations-Messlinie verlief von der Posthofstraße zur Steinstraße entlang der Großbeerenstraße unterhalb der Havel in 75 Meter Entfernung von der Detonation, eine weitere in Richtung Potsdam West entlang der Zeppelinstraße (siehe Karte Abbildung 1).
Das dabei genutzte Verfahren der ‚Ortsverteilten Akustischen Aufnahme‘ (englisch 'DAS', für 'Distributed Acoustic Sensing') setzt Glasfasern als seismische Sensoren ein, über die Bewegungen des Untergrundes erfasst werden (siehe Messprinzip in Abbildung 2). Da sie eine weitaus höhere räumliche Dichte entlang der Profillinie haben als Auslagen mit konventionellen Geophonen, bilden sie Strukturen und Eigenschaften im Untergrund genauer ab. Diese, von GFZ-Wissenschaftlern erstmals 2018 auf Island demonstrierte innovative Erkundungsmethode, hat großes Potenzial für die Erkundung und Überwachung im innerstädtischen Raum, wo Glasfaserkabel in Telekommunikationsnetzen zahlreich vorhanden sind.
Die gewonnenen Messdaten geben Auskunft über die seismische Wellenausbreitung im Potsdamer Stadtgebiet (Abbildungen 2 und 3). Betrachtet werden die so genannten Primärwellen und Sekundärwellen sowie die Oberflächenwellen. Aus ihrer Ausbreitungscharakteristik entlang der Profillinie lassen sich physikalische Eigenschaften der verschiedenen geologischen Schichten bis in eine Tiefe von ca. 4 Kilometern ableiten.
Charlotte Krawczyk: „Der Erfolg der Messungen zeigt einmal mehr, dass Glasfasernetze der Telekommunikation konventionelle seismische Messverfahren wertvoll ergänzen können. Besonders für die geothermische Nutzung des Untergrundes in Städten stellt die DAS-Methode eine kostengünstige und schnell umsetzbare Option für die Erkundung und Überwachung des Untergrundes dar.“
Das Potenzial für eine geothermische Wärmeversorgung in der Stadt Potsdam wird derzeit in den GFZ-Sektionen Geoenergie und Oberflächennahe Geophysik im Projekt „geoPuR - Städtische Wärmeversorgung mit Geothermie“ erforscht. „Die jetzt gewonnenen Daten vervollkommnen das geologische Modell zum Potsdamer Untergrund. Im Projekt geoPuR werden wir noch weitere seismische Profile messen und die DAS-Methode einsetzen. Anhand der Strukturbilder können wir einschätzen, ob eine geothermische Nutzung des Untergrundes sinnvoll sein kann,“ sagt Thomas Reinsch, Arbeitsgruppenleiter in der Sektion Oberflächennahe Geophysik. Das Forschungsvorhaben wird in Kooperation mit der Energie Wasser Potsdam GmbH durchgeführt und von der Investitionsbank des Landes Brandenburg und dem Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung gefördert.
Abb. 2: Messprinzip
Einflüsse wie Wind und Fahrzeuge erzeugen Bewegungen an der Erdoberfläche, die sich als elastische Wellen in den Boden fortpflanzen. Jede geologische Schicht und Struktur im Untergrund bedingt eine spezifische Ausbreitung der Wellen, was zu einem charakteristischen Bewegungsbild führt. Entlang der Glasfaserkabel entstehen dabei lokale Dehnungs- und Kompressionsbewegungen, die mit Messgeräten aufgezeichnet werden. ( B. Schöbel)
4 Für die Messungen kurzzeitig auf der Freundschaftsinsel aufgestelltes Geophon mit Registriereinheit, 10 Meter vom Schusspunkt entfernt (C. Cunow)
Weiterführende Informationen
Publikation
Jousset, P., Reinsch, T., Ryberg, T., Blanck, H., Clarke, A., Aghayev, R., Hersir, G. P., Henninges, J., Weber, M., Krawczyk, C. (2018): Dynamic strain determination using fibre-optic cables allows imaging of seismological and structural features. Nature Communications, 9, 2509.
DOI: doi.org/10.1038/s41467-018-04860-y
Projektwebseite geoPuR: https://www.gfz-potsdam.de/sektion/geoenergie/projekte/ge-geopur/
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Wissenschaftlicher Kontakt:
Prof. Charlotte Krawczyk
Direktorin Department Geophysik
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Albert-Einstein-Straße 42-46
Gebäude A 42, Raum 107/108
14473 Potsdam
Tel.: +49 331 288-1281
Email: Charlotte.Krawczyk@gfz-potsdam.de
Dr.-Ing. Thomas Reinsch
Arbeitsgruppenleiter Sektion Oberflächennahe Geophysik
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Email: Thomas.Reinsch@gfz-potsdam.de
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B. Schöbel, GFZ
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Foto eines Messgeräts (Geofon)
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