Quelle: GFZ 9. September 2024.

9. September 2024 – Der Preis wird von den GFZ Friends, der Vereinigung der Freunde und Förderer des GFZ, jährlich verliehen und ist mit einem Preisgeld von 1.500 Euro verbunden.

Die ausgezeichnete Doktorarbeit
Artem Smirnov erhält den Preis für seine Doktorarbeit zum Thema „Understanding the Dynamics of the Near-Earth Space Environment Utilizing Long-term Satellite Observations“. Diese Dissertation befasst sich mit der Dynamik des erdnahen Weltraums, von der oberen Atmosphäre bis zu einigen Zehntausend Kilometern in den Weltraum hinein. Hier bestimmt die Dynamik geladener Teilchen in unterschiedlicher Dichte und Geschwindigkeit die Bedingungen des sogenannten Weltraumwetters, das für Satelliten, GNSS-Navigationssysteme (Globales Navigationssatellitensystem) aber auch Flugzeuge und technische Systeme auf der Erde erhebliches Störungs- und Gefährdungspotenzial birgt.

Der bemerkenswerteste Teil von Artem Smirnovs Doktorarbeit ist die Entwicklung eines – auf einem neuronalen Netz basierenden – Modells der Elektronendichte in der sog. Topside-Ionosphäre (NET), das 2023 in Nature Scientific Reports veröffentlicht wurde. Die Einführung des NET-Modells stellt einen Paradigmenwechsel in der Modellierung der Ionosphäre dar. Dieses Modell, das auf der Grundlage von 19 Jahren GNSS-Radio-Okkultationsdaten konstruiert wurde, übertrifft das bestehende und gut etablierte empirische Modell der Internationalen Referenz-Ionosphäre (IRI) um das Zehnfache, was das Potenzial des maschinellen Lernens bei der Verbesserung unseres Verständnisses der Ionosphäre der Erde und unserer Vorhersagefähigkeiten demonstriert. Dieses Modell kann in Zukunft zur Vorhersage von Zeiten und Orten, an denen GNSS-Daten ungenau sein könnten, und – durch Berechnung von Korrekturen – zur Verbesserung der GNSS-Positionierung verwendet werden.

Aus der Laudatio
Die Doktorarbeit von Artem Smirnov stellt eine bahnbrechende und umfassende Erforschung der erdnahen Weltraumumgebung dar, einschließlich der Anwendung von Techniken des maschinellen Lernens. Seine Arbeit trägt nicht nur wesentlich zu unserem Verständnis der Weltraumdynamik bei, sondern eröffnet auch Wege für praktische Anwendungen. Führende Wissenschaftler:innen der NASA arbeiten derzeit mit Artem Smirnovs Ergebnissen, z. B. zur Verbesserung der GNSS-Positionierung.

Artem Smirnov hat seine Promotion an der Universität Potsdam in 4 Jahren abgeschlossen und mit Summa Cum Laude promoviert. Bis zu seiner Verteidigung veröffentlichte er 8 begutachtete Erstautor-Publikationen und 20 Co-Autor-Publikationen. Drei seiner jüngsten Veröffentlichungen wurden von den renommierten US-Fachzeitschriften AGU und JGR Space Physics Journal als „Top downloaded paper“ ausgezeichnet. Sein h-Index (die Kennzahl für die weltweite Wahrnehmung einer:s Wissenschaftler:in in Fachkreisen) liegt bei 9, was eine bemerkenswerte Leistung für einen Nachwuchswissenschaftler darstellt.

Über Artem Smirnov
Dr. Artem Smirnov hat an der Lomonosov Moscow State University studiert. Seine Bachelor-Arbeit wurde von der Russischen Akademie der Wissenschaften in der Abteilung Physik der Festen Erde 2017 als Beste im Fach Geophysik ausgezeichnet. Anschließend ging er nach München, wo er seinen Master in Geophysik mit Spezialisierung Geomagnetismus an der Technischen Universität und der Ludwig-Maximilians Universität (LMU) machte, mit Gastaufenthalt am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen. 2019 kam er nach Potsdam, wo er in der GFZ-Sektion „Weltraumphysik und Weltraumwetter“ und an der Universität Potsdam seine Doktorarbeit anfertigte. Nach erfolgreicher Promotion forscht er mittlerweile als Post-Doc-Wissenschaftler an der LMU München – im Rahmen eines Kooperationsprojektes mit dem GFZ.

Über den Friedrich-Robert Helmert-Preis
Doktorand:innen tragen mit ihren wissenschaftlichen Leistungen wesentlich zum Erfolg des GFZ bei. Mit dem Friedrich-Robert-Helmert-Preis werden jedes Jahr junge Wissenschaftler:innen gewürdigt, deren herausragende Dissertationen wesentlich zum besseren Verständnis des Systems Erde beitragen. Die Preisträger:innen erhalten neben dem Preisgeld von 1500 Euro eine Urkunde und eine einjährige Ehrenmitgliedschaft bei den GFZ Friends, der Vereinigung der Freunde und Förderer des GFZ. Das Preisgeld ist nicht zweckgebunden.

Originalpublikation:
A novel neural network model of Earth’s topside ionosphere
https://www.nature.com/articles/s41598-023-28034-z
pdf: https://www.nature.com/articles/s41598-023-28034-z.pdf

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• Ehrungen

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Quelle: GFZ 21. August 2024.

21. August 2024 – Im Zeitalter einer schnell wachsenden Flotte von Satelliten im Weltraum ist die genaue Vorhersage von Weltraumwetterphänomenen wie sturmartigen Verstärkungen von elektromagnetischen Feldern und Teilchenströmen unerlässlich, um die Satelliteninfrastruktur vor Schäden und Systemausfällen zu schützen. Ähnlich wie die Genauigkeit von Wettervorhersagen auf der Erde von der genauen Kenntnis der aktuellen atmosphärischen Bedingungen abhängt, erfordert die Vorhersage der Wetterphänomene des erdnahen Weltraums ein tiefes Verständnis des aktuellen Zustands der dynamischen Strahlungsgürtel, die die Erde umgeben. Ein internationales Forschungsteam um Bernhard Haas und Yuri Shprits vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ hat – in Zusammenarbeit mit dem Sonderforschungsbereich „Data assimilation“ der Universität Potsdam – am Beispiel eines geomagnetischen Sturms gezeigt, wie das in der terrestrischen Wettervorhersage sehr leistungsfähige Prinzip der Datenassimilation hierfür genutzt werden kann. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, das aus einer Fülle von punktuellen Echtzeit-Messungen, in diesem Fall per Satellit, mithilfe physikalisch basierter Modelle fortlaufend einen stimmigen Gesamt-Ausgangszustand für die weiteren Prognosen ermittelt. Die Studie ist im Fachmagazin Nature Scientific Reports erschienen.

Hintergrund: Notwendigkeit und Herausforderung bei der Weltraumwettervorhersage
Die Strahlungsgürtel und der Ringstrom, die die Erde im Weltraum umgeben, stellen eine Bedrohung für Satelliten dar: Die dort fliegenden geladenen Teilchen können durch Effekte wie Aufladung oder Oberflächenladung an elektronischen Komponenten vorübergehende Fehlfunktionen oder irreversible Schäden verursachen. Bei geomagnetischen Stürmen, die die Teilchenströme verstärken und „verwirbeln“, steigt diese Gefährdungslage. Eine rechtzeitige Vorhersage solcher Gefahren kann Satellitenbetreibern helfen, ihre wertvollen Anlagen zu schützen.

Um die Teilchenströme um die Erde räumlich und zeitlich möglichst präzise vorhersagen zu können, ist es notwendig, den Ausgangszustand permanent möglichst genau zu kennen. Hierfür stehen aber nur punktuelle Messungen von einigen spezialisierten Satelliten zur Verfügung. Das globale Bild muss daraus mithilfe von Modellen errechnet werden.

Zwar sind in der Modellierung und Beschreibung der Ringströme grundsätzlich Fortschritte zu verzeichnen. So hat eine Mitte 2023 von Forschern des GFZ publizierte Studie einen bislang nicht berücksichtigten Verlustmechanismus von Teilchen im Ringstrom entdeckt, der die Genauigkeit der Weltraumwettervorhersage entscheidend verbessern könnte. Und mit physikalischen Modellen lässt sich die grundlegende Dynamik des Ringstroms in geomagnetisch ruhigen Zeiten bereits gut darstellen.

„Insbesondere bei hochdynamischen Ereignissen wie geomagnetischen Stürmen sind globale Zustandsbeschreibungen in nahezu Echtzeit aber immer noch eine Herausforderung“, sagt Bernhard Haas, Doktorand in der GFZ-Sektion Weltraumphysik und Weltraumwetter und Erstautor der Studie.

Übertragung einer Methode aus der Meteorologie: die Datenassimilation
Daher machten sich Haas und sein Team vom GFZ um Yuri Shprits, Leiter der Sektion und Professor an der Universität Potsdam, zusammen mit weiteren Forschenden des Sonderforschungsbereichs „Data Assimilation“ (SFB 1294) der Universität Potsdam sowie aus den USA und Japan die Vorteile der sogenannten Datenassimilation zunutze. Dieses Verfahren hat sich bereits in der Meteorologie als unverzichtbar erwiesen, wo ebenfalls kleine Unsicherheiten in der Kenntnis des aktuellen Zustands zu erheblichen Fehlern in zukünftigen Vorhersagen führen können.

Als Datenassimilation bezeichnet man das Zusammenführen von Informationen aus Messungen und physikalischen Modellen. Ein zugrundeliegender Algorithmus ist beispielsweise der auch in der vorliegenden Studie verwendete Kalman-Filter. In einer iterativen Schleife wird der zukünftige Zustand auf Basis der jeweils aktuell verfügbaren Messdaten und des zugrundeliegenden physikalischen Modells permanent neu abgeschätzt, inklusive Angabe der dazugehörigen Unsicherheit.

Auch im Bereich der Weltraumwettervorhersage ist die Assimilierung von Echtzeitdaten der Teilchenflüsse, die von Satelliten bereitgestellt werden, ein Schlüssel, um Erkenntnisse über den gegenwärtigen Zustand der Weltraumumgebung zu gewinnen und Analysen nach extremen Ereignissen wie geomagnetischen Stürmen durchzuführen.

Validierung des Ansatzes mit Daten aus einem geomagnetischen Sturm 2017
Während bisherige Bemühungen, mit diesem Ansatz zu arbeiten, aufgrund begrenzter Datenmengen nicht quantitativ validiert werden konnten, boten die Van-Allen-Sonden der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA und der Arase-Satellit der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA der wissenschaftlichen Gemeinschaft eine einzigartige Gelegenheit hierfür: Es umkreisten gleich mehrere hochspezialisierte Satelliten gleichzeitig die Erde. Sie konnten während des geomagnetischen Sturms am 7. September 2017 hochpräzise Daten über die Teilchenflüsse liefern. Dabei befanden sich die Van-Allen-Sonden auf der Tagseite der Erde, Arase auf der gegenüberliegenden Nachtseite. Diese Kombination ermöglichte es den Forschenden, die Ergebnisse der Assimilierung von Daten eines Satelliten durch die des anderen zu validieren und die globale Reaktion des Ringstroms während dieses Ereignisses zu untersuchen.

Resümee
„Die Ergebnisse unserer Studie unterstreichen, dass die Datenassimilation bei geomagnetischen Stürmen, bei denen die Vorhersage des dynamischen Systems schwierig ist, zu einem entscheidenden Instrument wird. Dabei reicht die Assimilierung von Messungen eines einzigen Satelliten aus, um die globalen Modellergebnisse erheblich zu verbessern. Das stellt die traditionellen Annahmen in der Meteorologie in Frage, wo oft große Datenmengen für die Assimilierung verwendet werden“, resümiert Bernhard Haas.

Yuri Shprits betont: „Das am GFZ betriebene Ringstrommodell kombiniert alle verfügbaren Daten, auch von anderen Satelliten, mit unserem hochmodernen Modell und liefert so die genaueste Rekonstruktion des aktuellen Zustands der gefährlichen Weltraumumgebung sowie präzise Vorhersagen für die Zukunft. Diese Forschung ebnet den Weg für eine neue Art von Vorhersagen auf der Grundlage von Messungen, die zum Schutz unserer wertvollsten Güter im Weltraum beitragen werden.“

Originalstudie:
Haas, B., Shprits, Y.Y., Wutzig, M. et al. Global validation of data-assimilative electron ring current nowcast for space weather applications. Sci Rep 14, 2327 (2024).
doi.org/10.1038/s41598-024-52187-0
https://www.nature.com/articles/s41598-024-52187-0
pdf: https://www.nature.com/articles/s41598-024-52187-0.pdf

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• Weltraumwetter

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Quelle: GFZ 13. Juni 2024.

13. Juni 2024 – Mittlerweile planen die US-Weltraumbehörde NASA, die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), und das Deutsche GeoForschungsZentrum GFZ die dritte Generation, weil die Messungen völlig neue Einblicke in das System Erde und vor allem in den globalen Wasserkreislauf ermöglicht haben.

Hochrangige Delegation aus den USA besucht Deutschland
Auf Einladung der Koordinatorin der Bundesregierung für die Luft- und Raumfahrt, Dr. Anna Christmann, war eine hochrangige US-Delegation anlässlich der Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung ILA (5.-9. Juni) ins Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) nach Berlin gekommen. Der geschäftsführende Sekretär des Nationalen Weltraumrates der USA, Chirag Parikh, führte die Delegation an. In einem eigenen Panel stellten Forschende des Jet Propulsion Laboratory der NASA und des GFZ den Teilnehmenden des Raumfahrtdialogs das Messprinzip und die wissenschaftlichen Erfolge der Missionen GRACE (2002 bis 2017) und GRACE Follow-On (seit 2018 im All) vor. GRACE-C soll voraussichtlich 2028 starten, das C steht für Continuity.

Wie Wassermassen vom Weltall aus gemessen werden
GRACE misst Massenveränderungen auf und in der Erde, indem es deren Effekt auf ein Satelliten-Duo aufzeichnet, das mit 220 Kilometer Abstand (das entspricht in etwa der Entfernung von Berlin und Jena) hintereinander unseren Planeten in rund 500 Kilometer Höhe umkreist. Wird ein Satellit schneller, weil er als erstes auf ein massereiches Objekt zufliegt, vergrößert sich der Abstand um Bruchteile einer Haaresbreite. Mittels Mikrowellen und seit GRACE Follow-On auch per Laser-Interferometrie können diese Abstandsänderungen gemessen werden. Hinzu kommen GPS-Empfänger an Bord sowie Beschleunigungsmesser, um einerseits die Position der Satelliten zu bestimmen und andererseits Bremseffekte zu erkennen, die etwa durch Reibung an atmosphärischen Teilchen entstehen.

Aus all diesen Daten errechnen die Forschenden monatliche Karten der globalen Änderungen der Erdanziehungskraft und der dazugehörigen Massenveränderungen. Diese beinhalten Variationen im Grundwasser, der Bodenfeuchte, von Oberflächengewässern oder Schnee- und Eisbedeckung. Mit Hilfe von komplementären Beobachtungen oder Modelldaten lassen sich so aus GRACE-Daten einzigartig beispielsweise Grundwasserveränderungen global und auf monatlicher Basis ableiten.

Lange Zeitreihen sind essenziell
Die Messungen seit mehr als 22 Jahren zeigen zum Beispiel für Grönland einen dramatischen Verlust an Eismasse: mehr als 250 Milliarden Tonnen jedes Jahr. Aber auch Deutschland hat in den vergangenen zwei Jahrzehnten Wassermasse verloren. Trotz des nassen Jahres 2023 fehlen nach den schweren Dürrejahren seit 2018 immer noch rund 10 Milliarden Tonnen im Gesamtwasserspeicher.

Für die Raumfahrtkoordinatorin der Bundesregierung ist GRACE-C „ein Schlüsselprojekt“. Anna Christmann sagte: „Wir brauchen Langzeitstudien, um das Klima zu verstehen. Die Datensammlung zum globalen Wasserhaushalt der Erde, die durch die GRACE-Satelliten seit über 20 Jahren erzeugt wird, ist daher von enormer Bedeutung. GRACE-C ist deshalb auch ein wichtiges Schlüsselprojekt der neuen Raumfahrtstrategie der Bundesregierung, da es in den Handlungsfeldern Klimaschutz und internationale Zusammenarbeit große Beiträge zur Umsetzung der Ziele leistet. Die Mission ist ein absolutes Leuchtturmprojekt.“

Auch Susanne Buiter, wissenschaftliche Vorständin des GFZ, betonte die Bedeutung der langen Zeitreihen: Ziel sei es, mit dem Start von GRACE-C voraussichtlich im Jahr 2028 dann eine Klimaperiode von insgesamt 30 Jahren erfassen zu können. Sie lenkte den Blick noch einmal auf das revolutionäre Messprinzip und dessen Geschichte, die auch mit dem ersten Satelliten des GFZ verbunden sei. GFZ-1 war 1995 von der russischen Raumstation „Mir“ aus ins All gebracht worden und kreiste fünf Jahre lang so tief um die Erde, dass die Auswirkungen des Schwerefelds deutlich messbar seine Bahn beeinflussten. „Dass wir aus Schwerefelddaten einmal die Folgen der Erderwärmung und insbesondere Veränderungen im globalen Wasserkreislauf wie Dürren, Grundwasservariationen oder Eismassenverluste so genau würden bestimmen können, war damals kaum zu glauben. Und heute blicken wir auf mehr als zwei Jahrzehnte mit monatlichen Schwerefeldkarten zurück“, sagte Susanne Buiter.

Dr. Jens Brandenburg, Parlamentarischer Staatssekretär im BMBF, hob bei der gemeinsamen Pressekonferenz hervor, dass die Forschung weltweit von den gewonnenen Daten profitiere: „GRACE und GRACE-FO gehören zu den am häufigsten zitierten Missionen in den Berichten des Weltklimarates IPCC. Tausende von wissenschaftlichen Publikationen basieren auf den Daten der beiden Satelliten-Duos. Dies unterstreicht die herausragende internationale Vernetzung der deutschen Erdsystemforschung und die hohe Bedeutung der GRACE-Missionen. So können durch den Klimawandel bedingte Veränderungen dokumentiert und mit mehrjährigem Vorlauf Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung geplant werden.“

Dr. Walther Pelzer, Vorstand der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR, lenkte den Blick auf die deutsch-amerikanische Kooperation. Die Partnerschaft zwischen dem Jet Propulsion Laboratory der NASA und den deutschen Partnern „ist ein Zeichen für die Qualität der Raumfahrtindustrie und -wissenschaft in Deutschland“, so Pelzer.

Hintergrund zu GRACE-C
Der deutsche Beitrag wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) unter Beteiligung des Deutschen GeoForschungsZentrums (GFZ) in Potsdam und des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Hannover umgesetzt. Gebaut werden die beiden Satelliten im Auftrag des NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) bei Airbus in Friedrichshafen.

Herzstück der GRACE-C-Mission ist dabei die präzise Messung von winzigen Abstandsabweichungen zwischen den beiden Satelliten auf ihrem Weg um unsere Erde. Bei GRACE-C wird diese Entfernung mittels Laser-Interferometrie bestimmt. Wichtige Teile des Instruments kommen dabei von der SpaceTech GmbH in Immenstaad (STI), unterstützt vom Albert-Einstein-Institut in Hannover im Auftrag der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR.

Das GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam wird für den Aufbau und die Durchführung der wissenschaftlichen Auswertungen im sogenannten Science Data System (SDS) auf deutscher Seite zuständig sein. In der Betriebsphase nach dem Start der beiden Satelliten wird das GFZ für den operationellen Betrieb, also die permanente Überwachung und Steuerung der Instrumente und der Satelliten von GRACE-C, verantwortlich sein. Wie bereits bei GRACE und GRACE-FO werden auch die beiden GRACE-C Satelliten, im Auftrag des GFZ, nach dem Start durch das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum im DLR (GSOC) in Oberpfaffenhofen gesteuert.

Weitere Informationen zu den GRACE-Satellitenmissionen stellen wir Ihnen über unser neues Informationsportal bereit:
www.globalwaterstorage.info

Insbesondere werden hier die relevanten Informationen zur globalen Wasserverfügbarkeit gebündelt, deren Grundlage die Daten der GFZ/NASA-Satellitenmissionen GRACE und GRACE-FO sind.
In anschaulich dargestellten Artikeln und Blogbeiträgen beschreiben die Wissenschaftler:innen viel Wissenswertes rund um das einzigartige Messprinzip, und stellen wichtige Forschungsergebnisse über ausgewählte Karten, Grafiken oder Animationen dar.

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• GRACE-C

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Quelle: GFZ 29. Mai 2024.

29. Mai 2024 – Gemeinsam mit Brandenburgs Forschungsministerin Manja Schüle und vielen ehemaligen und aktiven Forschenden feierte das GFZ das Jubiläum. Damit verbunden war auch der Startschuss für die Sanierungsarbeiten am Helmertturm. Auf dessen Dach befand sich die ursprüngliche Messstation bis 1993.

Manja Schüle gratulierte: „Doppelter Grund zum Feiern und zur Freude am GeoForschungsZentrum Potsdam: Seit 50 Jahren sorgt die Satelliten-Laserradar-Station dafür, dass erdsystemische Grundlagenforschung unter anderem im Bereich der Plattentektonik oder Meeresspiegelschwankungen mit der notwendigen Genauigkeit betrieben werden kann. Und heute startet die Sanierung des mehr als 130 Jahre alten Helmertturms, auf dem die Station sich einst befand – von uns sehr gerne mit rund 533.000 Euro unterstützt. Gestern, heute und morgen: Ich bin froh und stolz, dass das GFZ die Tradition der deutschen Erdsystem- und Nachhaltigkeitsforschung auf Brandenburgs klügstem Berg glanzvoll fortsetzt!“

Der ehemalige Leiter der SLR-Station, Ludwig Grunwaldt, zeichnete die Geschichte des Satelliten-Laser-Rangings auf dem Telegrafenberg nach. Von ursprünglichen Meter-Genauigkeiten ist man jetzt bei einer Messgenauigkeit von unter einem Zentimeter für Satellitenbahnen angekommen, die sich in Hunderten bis Tausenden Kilometer Entfernung befinden. Entscheidend waren dafür immer wieder auch technische Innovationen und Präzisionsinstrumente, die oft in Eigenregie realisiert werden mussten.

Susanne Buiter, wissenschaftliche Vorständin des GFZ, sagte in ihrer Begrüßung: „Zur exakten Vermessung des Erdkörpers gehörten seit den Anfängen der Geodäsie absolute Präzisionsinstrumente: Pendel, die die Erdschwere maßen, Teleskope und Peilgeräte. Berlin und Brandenburg waren berühmt für den wissenschaftlichen Gerätebau. Auch das ist eine Tradition, die wir hier am GFZ mit unserer Zentralwerkstatt fortführen.“ Diese hat eine ganze Reihe von Laser-Reflektoren gebaut, die nach wie vor im Orbit sind.

Susanne Buiter schlug den Bogen von den Anfängen der Wissenschaft der Vermessung der Erde – also der Geodäsie – auf dem Telegrafenberg bis in die nahe Zukunft. Die mittlerweile dritte Generation der SLR-Stationen auf dem Telegrafenberg muss erneuert werden. Die dafür erforderlichen Mittel kommen zu einem großen Teil über das Brandenburger Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kultur aus dem europäischen Regionalförderfonds EFRE. Susanne Buiter dankte der Ministerin für den verlässlichen Rückhalt aus dem MWFK und kündigte an: „Wir sind gerade dabei zu prüfen, ob wir die neue SLR-Station nicht wieder auf dem Helmertturm installieren können. Das würde dem Helmertturm seine ursprüngliche wissenschaftliche Funktion zurückgeben.“

Wie so eine vierte Generation des Satelliten-Laser-Rangings aussehen könnte und welche Herausforderungen auf die Forschenden warten, stellte André Kloth vor. Er ist Geschäftsführer der Firma DiGOS, die sich auf die Entwicklung und den Bau von SLR-Stationen spezialisiert hat. DiGOS ist zugleich die erfolgreichste Ausgründung aus dem GFZ. André Kloth wies darauf hin, dass zur Messgenauigkeit auch noch Schnelligkeit und Automatisierung kommen müssten, da immer mehr Satelliten unterwegs seien. Künftige Stationen müssten also sehr kurz hintereinander unterschiedliche Ziele anpeilen können. Hinzu kämen neuartige Anwendungen wie die Beobachtung von Weltraumschrott und Laser-Kommunikation mit Satelliten. Auf dem Dach des sanierten Helmertturmes könnte ab nächstem Jahr der Bau einer weltweit einzigartigen SLR-Station beginnen.

Mehr Informationen zur Satellite Laser Ranging-Station (SLR-Station)
https://www.gfz.de/sektion/globales-geomonitoring-und-schwerefeld/infrastruktur/die-satelliten-laser-radarstation-potsdam

Mehr Informationen zum Helmertturm
https://www.gfz.de/presse/meldungen/detailansicht/helmert-turm

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• Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren

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Quelle: GFZ 29. Mai 2024.

29. Mai 2024 – Als Ursache für zahlreichere und stärkere Erdbeben sehen die Forschenden den mit dem Klimawandel fortschreitenden Anstieg des Meeresspiegels weltweit, der in der Fachwelt unstrittig ist und jährlich vom Weltklimarat IPCC prognostiziert wird, sowie die zunehmende Stärke von extremen Wetterereignissen wie Stürmen. Beides erhöht den mechanischen Druck im Gefüge tektonischer Platten und führt zu Änderungen in den seismischen Zyklen – mit steigender Erdbebengefahr insbesondere in den Küstenregionen der Welt.

Hintergrund: Entstehung von Erdbeben
Erdbeben entstehen durch das plötzliche, ruckartige Verschieben von Gesteinsmassen im Untergrund. Dabei wird Energie in Form seismischer Wellen freigesetzt, die sich vorher durch die großräumige kontinuierliche Verschiebung und gleichzeitigem Verhaken der Erdplatten über lange Zeiträume aufgestaut hat. Dieser Ladeprozess schreitet solange fort, bis die Festigkeit des Gesteins überschritten wird und das Gestein an irgendeiner Stelle nachgibt, bricht und rutscht. Danach startet der Ladeprozess von neuem und bildet so einen wiederkehrenden Kreislauf von laden und entladen auf sogenannten tektonischen Störungen. Man nennt dies einen seismischen Zyklus. Je nach den geologischen Randbedingungen kann er Jahre, Jahrzehnte oder Jahrhunderte lang sein.

Einfluss des menschengemachten Klimawandels
Durch den menschengemachten Klimawandel und die damit verbundene Erwärmung der Atmosphäre schmilzt das Festlandeis, im Wesentlichen in der Antarktis und auf Grönland. In der Folge steigt weltweit der Meeresspiegel und dieser Prozess beschleunigt sich ständig. Betrug die Rate zwischen 1901 und 1990 noch 1,4 Millimeter pro Jahr, waren es zwischen 1970 und 2015 schon 2,1 und zwischen 2006 und 2015 bis zu 3,6. Gegenüber dem Zeitraum 1986 bis 2000 wird der Meeresspiegel dem IPCC-Bericht 2023 zufolge im Jahr 2100 im Mittel zwischen 0,43 und 0,84 Meter steigen. Bei Abschmelzen allen Landeises sagen Expert:innen langfristig sogar einen Anstieg um etwa 70 Meter voraus. Ob es zu diesem Extrem-Szenario kommen wird, hängt wesentlich von der Einhaltung der Klimaziele und damit der weiteren Emission von Treibhausgasen ab. Fest steht: Auch bei strikter Reduktion werden die oben beschriebenen Effekte noch Jahrhunderte andauern. Hinzu kommt eine wachsende Häufigkeit von Extremwetterereignissen, insbesondere von starken Stürmen.

Steigendes Erdbebenrisiko
Diese Entwicklungen haben auch Auswirkungen auf das Erdbebenrisiko. Denn ein höherer Meeresspiegel bedeutet eine größere Last auf dem Untergrund, die dort zu Drucksteigerungen führt. Das beeinflusst die Erdbebenzyklen an allen von Meerwasser bedeckten und küstennahen Orten der Welt und führt dort zu einem höheren Erdbebenrisiko. Ähnliche Druckänderungen werden auch durch zunehmend stärkere Extremwetterereignisse wie Stürme hervorgerufen.

Prof. Marco Bohnhoff, Leiter der GFZ-Sektion 4.2 „Geomechanik und Wissenschaftliches Bohren“ und Hauptautor der Studie, erläutert: „Bereits Meeresspiegelschwankungen von nur wenigen Dezimetern reichen aus, um Erdbeben auszulösen. Das können wir aus einer Vielzahl von Beobachtungen ableiten, zum einen von menschengemachten, meist harmlosen kleineren Erdbeben, die bei Wasserinjektionen zur Öl-, Gas-, oder Erdwärmeförderung auftreten, aber auch durch Seismizitätsschwankungen, die unter Stauseen und durch Ebbe und Flut verursacht werden.“

Problemregionen: die Küsten der Welt
Die stärkere seismische Gefährdung aufgrund des Klimawandels ist besonders in den Küstenbereichen problematisch. Dort liegen viele kritische Bruchzonen sowie auch Subduktionszonen, bei denen eine Erdplatte unter die die andere taucht. Und dort leben bereits heute 40 Prozent der Weltbevölkerung, zumeist in stark wachsenden Mega-Cities. Bekannte gefährdete Regionen sind zum Beispiel San Francisco und Los Angeles, Istanbul und Tokio-Yokohama, insbesondere aber auch viele wachsende Millionenstädte in Entwicklungsländern. Nicht überall ist die Gefährdungslage gut bekannt, weil die seismischen Zyklen teils länger sind als die Siedlungsgeschichte.

Bohnhoff: „Problematisch ist, dass es weltweit eine große Anzahl von Störungen gibt, die kurz vor dem Ende ihres seismischen Zyklus‘ stehen. Bei diesen reichen dann kleine zusätzliche Spannungen, um quasi die natürliche seismische Uhr vorzustellen und das Gestein bereits früher zum Versagen zu bringen. Dies geschieht durch steigende Meeresspiegel oder auch stärkere Stürme. Nach unseren Berechnungen wird das dann insbesondere küstennahe Bereiche und damit auch Städte und Infrastruktur treffen.“ Allerdings ist heute noch nicht vollständig bekannt, wo überall kritische Störungen liegen.

Dr. Patricia Martínez-Garzón, Arbeitsgruppenleiterin am GFZ und Mitautorin der Studie ergänzt: „Zudem können dann diese Erdbeben auch Sekundäreffekte wie etwa Hangrutschungen und Bodeninstabilitäten durch sogenannte Verflüssigung weicher Böden bewirken und damit die menschengemachten Georisiken zusätzlich verstärken. Diese Thematik klimawandelbedingt auftretender Erdbeben sollte in der nächsten Generation seismischer Gefährdungskarten Berücksichtigung finden.“

Weiterer Forschungsbedarf
Wie sich diese Effekte in den unterschiedlichen Erdbebenzonen der Welt konkret auswirken werden, ist allerdings vielfach noch unzureichend erforscht und von vielfältigen Faktoren abhängig. Dazu gehören die Geometrie der Verwerfungen, die lokalen tektonischen und Druck-Bedingungen sowie die Eigenschaften des Gesteins wie Permeabilität, Festigkeit und Rissausbreitung.

Die Studie macht daher auch Vorschläge zu einer besseren quantitativen Erfassung der zu erwartenden seismischen Auswirkungen des Meeresspiegelanstiegs oder durch Extremwetterereignisse.

Prof. Yehuda Ben-Zion von der University of Southern California in Los Angeles und Ko-Autor der Studie sagt dazu: „Wir planen, gezielt Bereiche starker Abschmelzung etwa auf Grönland oder einzelne Gletscher mikroseismisch zu überwachen, um dann Analogien zur skandinavischen Landmasse ziehen zu können, um die Prognosen zu verbessern.“

In Skandinavien hat der Prozess des Abschmelzens von Landeismassen seit der letzten Eiszeit schon stattgefunden. Dies hat dort auch zu – teils sehr starken – Erdbeben geführt. Allerdings ohne, dass es dort Millionenstädte oder kritische Infrastruktur gab, im Gegensatz zu den in der Zukunft betroffenen, besiedelten Küstenbereichen weltweit.

Ausblick: Menschengemachten Temperaturanstieg mindern und Erdbebenüberwachung und -vorsorge verbessern
Nach Ansicht der Forschenden verstärkt das aus dem menschengemachten Klimawandel resultierende wachsende seismische Risiko, das zu den bereits bekannten direkteren Gefahren und Risiken der globalen Erwärmung hinzukommt, die Notwendigkeit, den anthropogenen globalen Temperaturanstieg zu mindern und in eine verbesserte Erdbebenüberwachung und eine widerstandsfähigere Infrastruktur zu investieren.

Bohnhoff: „Die Klimaauswirkungen auf kaskadierende Erdbebengefahren, einschließlich ausgelöster Erdrutsche, Tsunamis und Verflüssigung, sollten bei der Entwicklung von Plänen zur Minderung des Erdbebenrisikos berücksichtigt werden.“ Dies sei besonders wichtig für Küstenregionen, einschließlich Megastädte und kritischer Infrastrukturen.

Originalpublikation:
Marco Bohnhoff, Patricia Martínez‐Garzón, Yehuda Ben‐Zion; Global Warming Will Increase Earthquake Hazards through Rising Sea Levels and Cascading Effects. Seismological Research Letters2024; doi: 10.1785/0220240100
hhttps://pubs.geoscienceworld.org/ssa/srl/article-abstract/doi/10.1785/0220240100/644474/Global-Warming-Will-Increase-Earthquake-Hazards

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• Klimawandel

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Quelle: GFZ 11. Mai 2024.

11. Mai 2024 – Der Vergleich mit geologischen Karten, Informationen zu Grundwasserspeichern und Daten der GRACE-Satellitenmission zeigt einen besorgniserregenden Trend: In zahlreichen iranischen Provinzen wächst das Risiko einer irreversiblen Erschöpfung und Schädigung der Grundwasserreservoirs, wobei einige Reservoirs möglicherweise dauerhaft verloren gehen.
Insbesondere in der südostiranischen Provinz Kerman kommt es zu dramatischen Absenkungsraten. „Der Bezirk Rafsanjan in der Provinz Kerman ist Irans Zentrum der Pistazienproduktion, und wir haben dort alarmierende Senkungsraten gemessen, die an einigen Standorten 35 Zentimeter pro Jahr übersteigen“, sagt Mahdi Motagh. Er ist Arbeitsgruppenleiter in der GFZ-Sektion „Fernerkundung und Geoinformatik“ und Professor am Institut für Photogrammetrie und GeoInformation an der Leibniz-Universität Hannover, wo Hauptautor Dr. Mahmud Haghshenas Haghighi Wissenschaftlicher Mitarbeiter ist. Sie nutzten Radar-Interferometrie (Engl. “Interferometric Synthetic Aperture Radar”| InSAR), um die Bodenabsenkungen zu messen. „Anhand von mehr als 6.000 Sentinel-1-Bildern aus dem Zeitraum zwischen 2014 und 2020 haben wir eine Karte der Landabsenkung mit einer bislang einzigartigen Auflösung von 100 Metern für ganz Iran erstellt“, sagt Motagh.

In dem Land mit rund 84 Millionen Menschen zeichnet sich seit Jahren eine Grundwasserkrise ab. Durch die Kombination von Satellitendaten mit verschiedenen geologischen Beobachtungen und hydrogeologischen Messungen wurde für Iran ein nicht nachhaltiger jährlicher Grundwasserverlust von 1,7 Milliarden Kubikmetern (BCM) ermittelt. Das Ausmaß dieses Verlustes stellt eine große Herausforderung dar, da die Wiederauffüllung solcher Grundwasservolumina Hunderte oder sogar Tausende von Jahren dauern könnte, wenn sie überhaupt möglich ist.

Den Autoren zufolge ist der Hauptgrund für diesen enormen Verlust an Grundwasser die nicht nachhaltige Bewässerungslandwirtschaft, die durch das Bevölkerungswachstum und die Industrialisierung des Iran noch verstärkt wird. Mahdi Motagh sagt: „Die nicht-nachhaltige Entnahme von Grundwasser ist leider alltägliche Praxis geworden.“

Landabsenkungen, die ein sichtbares Zeichen für die Verdichtung der Grundwasserleiter sind, treten im ganzen Land auf. Etwa 3,5 Prozent der iranischen Landfläche sind von diesem Problem betroffen, das Millionen von Menschen und wichtige Infrastrukturen wie Flughäfen und Eisenbahnen in Mitleidenschaft zieht. In Provinzen wie Teheran, Isfahan, Kerman und Khorasan Razavi wohnt mehr als ein Viertel der Bevölkerung in Gebieten, die in unterschiedlichem Maße von Bodensenkungen bedroht sind. „Die in Provinzen wie Kerman, Teheran, Alborz, Fars und Khorasan Razavi gemessenen Absenkungsraten von mehreren zehn Zentimetern pro Jahr gehören zu den höchsten der Welt“, sagt Mahmud Haghshenas Haghighi.

Die beiden Autoren betonen: „Diese umfassende Analyse unterstreicht den dringenden Bedarf an sofortigen Maßnahmen und der Umsetzung einer kohärenten Grundwasserpolitik. Eine solche Politik ist für die Bewältigung der iranischen Grundwasserkrise und die Bekämpfung des Wasserdefizits von entscheidender Bedeutung.“

Originalpublikation:
Mahmud Haghshenas Haghighi, Mahdi Motagh, Uncovering the impacts of depleting aquifers: A remote sensing analysis of land subsidence in Iran.Sci. Adv.10, eadk3039(2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk3039
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk3039

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• GRACE-C

Der Beitrag GRACE: Grundwasserkrise und Bodenabsenkung im Iran spitzen sich zu erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: GFZ 18. April 2024.

18. April 2024 – Tektonisch aktive Gebirge spielen eine wichtige Rolle bei der natürlichen CO₂-Regulation der Atmosphäre. Hier finden konkurrierende Prozesse statt: An der Oberfläche treibt Erosion Verwitterungsprozesse an, die je nach Gesteinsart CO₂ aufnehmen oder freisetzen. In der Tiefe führt das Erhitzen und Schmelzen von Karbonatgestein zur Ausgasung von CO₂, das an die Oberfläche gelangt. Im mittelitalienischen zentralen Apennin-Gebirge haben Forschende um Erica Erlanger und Niels Hovius vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ und Aaron Bufe von der Ludwig-Maximilians-Universität München nun erstmals alle diese Prozesse in einer Region untersucht und bilanziert – u.a. anhand von Analysen des CO₂-Gehalts in Gebirgsflüssen und Quellen. Sie stellten fest, dass Verwitterung in dieser Region insgesamt zu einer CO₂-Aufnahme führt. Diese oberflächennahen Prozesse bestimmen die CO₂-Bilanz aber nur in Gebieten mit dicker und kalter Erdkruste. Auf der Westseite des Zentral-Apennin ist die Kruste dünner und der Wärmefluss höher. Dort ist die CO₂-Ausgasung aus der Tiefe bis zu 50 Mal so stark wie die CO₂-Aufnahme durch Verwitterung. In Summe erweist sich die untersuchte Landschaft als CO₂-Emittent. Die Tektonik, also Aufbau und Dynamik der Erdkruste, steuert die CO₂-Freisetzung hier also stärker als die chemische Verwitterung. Die Studie ist heute im Fachmagazin Nature Geoscience erschienen.

Hintergrund: Die Rolle von Gebirgen im CO₂-Haushalt der Erde
Für die Bilanzierung des globalen CO₂-Haushalts spielen neben den vom Menschen verursachten CO₂-Emissionen auch viele natürliche Prozesse eine Rolle – biologische wie geologische. Gebirgslandschaften sind ein prominenter CO₂-Umschlagplatz, und es ist wichtig, die Auswirkungen der hier ablaufenden konkurrierenden Prozesse von CO₂-Emission und CO₂-Aufnahme in Klimamodellen adäquat zu berücksichtigen.

Zum einen werden Gesteine an der Erdoberfläche durch chemische Lösungsprozesse verwittert: Erosion legt fortwährend Gestein frei, das – je nach Gesteinsart – mit verschiedenen Geschwindigkeiten und entweder unter Aufnahme oder Freisetzung von CO₂ verwittert. So binden etwa Silikatmineralien CO₂ und bilden Kalkstein. Die Verwitterung von Kalk- und schwefelhaltigen Gesteinen setzt wiederum CO₂ frei.

Diese komplexe Konstellation hat ein Forschungsteam um Aaron Bufe und Niels Hovius in einer weiteren, bereits Anfang März im Fachmagazin Science erschienenen Studie aufgeschlüsselt. Sie untersuchten am Beispiel verschiedener Gebirgsregionen weltweit den Einfluss der Erosionsrate auf die CO₂-Bilanz.

Gebirgsbildung beeinflusst allerdings nicht nur Erosions- und Verwitterungsraten an der Erdoberfläche. Wo sich tektonische Platten übereinander schieben, kann das Erhitzen von Karbonatgestein in der Kruste und im Erdmantel zu chemischen Reaktionen führen, die mit der Emission von CO₂ einhergehen.

„Bisherige Studien haben sich jedoch oft auf einen einzigen Prozess konzentriert und entweder nur die Verwitterung an der Oberfläche oder nur die Abläufe in der Tiefe in den Blick genommen. Das wollten wir ändern“, sagt Niels Hovius.

Untersuchungen im Apennin: CO₂-Ausgasung oder -Speicherung – welcher Prozess dominiert?
Die Konkurrenz zwischen den oberflächennahen und tiefliegenden Prozessen ist nun im Fokus einer neuen Studie von Erica Erlanger, Post-Doc-Wissenschaftlerin am GFZ und der Université de Lorraine (Frankreich), Aaron Bufe, Professor für Sedimentologie an der LMU München und ehemals Post-Doc-Wissenschaftler am GFZ, und Niels Hovius, Leiter der Sektion Geomorphologie am GFZ und Professor an der Universität Potsdam, zusammen mit Kolleg:innen aus Frankreich, Italien, den USA und der Schweiz.

Hierfür erweist sich der zentrale Apennin in Mittelitalien als besonders geeignete Region, wie Erica Erlanger, Erstautorin der Studie, erläutert: „Dieses Gebiet ist Teil eines aktiven Gebirges, in dem es dicht beieinander sowohl Zonen mit dicker, kalter Kruste als auch mit dünner warmer Kruste gibt, sodass wir den Einfluss der Untergrundaktivität gut untersuchen können. Denn sowohl die klimatischen Bedingungen als auch die Topografie und die Gesteinsarten an der Oberfläche sind im gesamten Gebiet ähnlich, sodass es kaum Unterschiede in der Verwitterungsaktivität geben dürfte.“

Probennahme und Untersuchung von CO₂-Anteilen
Im westlichen Zentral-Apennin beträgt die Krustendicke rund 20 Kilometer und der Wärmefluss bis zu über 100 Milliwatt pro Quadratmeter, während die Kruste im Osten mehr als 40 Kilometer dick ist, bei einem Wärmefluss von um die 30 Milliwatt pro Quadratmeter.

Die Forschenden haben im westlichen Tevere- und im östlichen Aterno-Pescara-Flusssystem insgesamt 104 Wasserproben genommen, davon 49 im Sommer 2020 und 55 im Winter 2021. Somit werden die wärmsten und trockensten bzw. die feuchtesten und kältesten Jahreszeiten abgedeckt, zur Abschätzung der minimalen (Sommer) und maximalen (Winter) CO₂-Flüsse.

Wasserproben eignen sich deshalb, weil Flüsse und Quellen Kohlenstoff transportieren, der sowohl aus der Tiefe als auch aus oberflächennahen Verwitterungsreaktionen stammt. Die chemische Analyse der Proben beinhaltete unter anderem die Bestimmung der relativen Häufigkeit verschiedener Kohlenstoff-Isotope. Sie kann Aufschluss darüber geben, ob der Kohlenstoff von einer Pflanze oder aus der Atmosphäre stammt oder aus einem subduzierten Gestein freigesetzt wurde.

„Auf dieser Basis konnten wir berechnen, welche CO₂-Mengen durch Verwitterung oder aus der Tiefe durch umgewandelte Karbonate freigesetzt wurden, und welche CO₂-Mengen von verwitterten Silikaten gebunden wurden“, erläutert Erlanger.

Um eine Gesamtbilanz für den CO₂-Haushalt des Apennins abzuschätzen, haben die Forschenden darüber hinaus Schätzungen für anorganische CO₂-Emissionen aus Gasschloten, die von der Westseite des Apennins bekannt sind, sowie von organischem CO₂-Austausch berücksichtigt.

Ergebnis: Zentral-Apennin als Netto-CO₂-Quelle, aber mit zweigeteilter CO₂-Bilanz
Das Forschungsteam fand heraus, dass die Verwitterungsprozesse im gesamten Untersuchungsgebiet überwiegend CO₂ einfangen und nicht freisetzen. Bemerkenswerterweise werden jedoch die verwitterungsbedingten CO₂-Flüsse dort, wo die Kruste dünn und der Wärmefluss hoch ist, vollständig von CO₂-Freisetzung aus der Tiefe überlagert, und zwar um einen Faktor 10 bis 50. In der Summe ist die Region daher eine CO₂-Quelle.

„Wichtig ist, dass die Schwankungen der CO₂-Freisetzung aus der Tiefe viel größer sind als die Schwankungen in den chemischen Verwitterungsflüssen an der Oberfläche. Das bedeutet, dass die regionale Geodynamik im zentralen Apennin den Kohlenstoffkreislauf am stärksten beeinflusst, indem sie die Freisetzung von CO₂ aus der Tiefe moduliert, und nicht, indem sie die CO₂-Speicherung oder -Freisetzung durch Verwitterungsreaktionen verstärkt“, resümiert Erica Erlanger. „Ausgehend von der geologischen Entwicklung des Gebiets schätzen wir, dass es wahrscheinlich über die letzten 2 Millionen Jahre zu einer CO₂-Ausgasung aus tiefen Gesteinen gekommen ist.“

Weitergehende Schlussfolgerungen: Bessere Klimamodelle und Verständnis des empfindlichen CO₂-Gleichgewichts über geologische Zeiten
„Unsere Untersuchungen werden zu einem besseren Verständnis der tatsächlichen CO₂-Bilanz für die Atmosphäre und damit auch zu besseren langfristigen Klimamodellen beitragen“, sagt Aaron Bufe. „Außerdem helfen sie dabei zu klären, wie unser Planet in einem Wechselspiel von CO₂-Ausgasungen verschiedener Quellen und diverser CO₂-Speicherprozesse über geologische Zeiten den engen Bereich von Bedingungen aufrechterhalten hat, die für das Leben förderlich sind.“

Niels Hovius blickt voraus: „Wenn wir die Rolle von Gebirgen an Plattengrenzen im Kohlenstoffkreislauf der Erde in einem allgemeineren Sinne untersuchen wollen, werden auch scheinbar einfache geologische Fragen einen ganzheitlicheren Ansatz erfordern. Von besonderem Interesse sind geologisch junge Gebirgsgürtel an Plattengrenzen, in denen Karbonatgesteine sowohl in Oberflächennähe als auch in der Tiefe vorherrschen dürften. Der heutige Mittelmeerraum und andere noch vergleichsweise junge Gebirgszüge wie der Indonesischen Inselgruppe weisen ähnliche geologische Gegebenheiten und Gesteinsarten auf wie der zentrale Apennin. Die nächste große Frage, die sich uns stellt, ist also, ob die Ausgasung in aktiven tektonischen Gebieten ein globales Phänomen in Raum und Zeit sein könnte.“

Originalpublikation:
Erlanger, E., Bufe, A., Paris, G. et al. Deep CO2 release and the carbon budget of the central Apennines modulated by geodynamics. Nat. Geosci. (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01396-3
https://www.nature.com/articles/s41561-024-01396-3
pdf: https://www.nature.com/articles/s41561-024-01396-3.pdf

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• Klimawandel

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Quelle: GFZ 21. März 2024.

21. März 2024 – Am 22. März ist der Welttag des Wassers. Vermeintlich allgegenwärtig, ist Wasser längst in weiten Teilen der Welt zur kostbaren und knappen Ressource geworden. Der Klimawandel hat die Situation vielerorts verschärft. Auch Deutschland hat in den vergangenen fünf Jahren drastische Dürren erlebt. Für das Jahr 2023 haben jetzt Forschende um Eva Börgens und Christoph Dahle vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ den soeben komplettierten aktuellsten Datensatz des Satellitenduos GRACE-Follow-On ausgewertet, der auf Basis von Schwerefeldmessungen genaue Einblicke in die Wasserbilanz der Erde ermöglicht. Sie zeigen, dass sich der Gesamtwasserspeicher in Deutschland im Jahr 2023 zwar etwas erholt hat, dass im Vergleich zum langjährigen Mittel aber immer noch rund 10 Milliarden Tonnen fehlen. Zum Vergleich: Der Bodensee fasst in etwa 48 Milliarden Tonnen Wasser. Für Europa ist gegenüber dem Mittelwert seit Beginn der Messungen im Jahr 2002 ein Rückgang des Gesamtwasserspeichers um rund 100 Milliarden Tonnen zu verzeichnen. Daraus lässt sich zum aktuellen Zeitpunkt allerdings noch kein eindeutiger Trend ableiten.

Der sogenannte terrestrische Gesamtwasserspeicher TWS (von engl. Terrestrial Water Storage) setzt sich zusammen aus den Wasserkreislaufkomponenten Eis (also Gletscher), Schnee, Bodenfeuchte, Grundwasser sowie dem Oberflächenwasser in Flüssen, Seen und künstlichen Reservoiren. TWS ist eine wichtige Messgröße für die Umwelt- und Klimaforschung. Sie gehört mittlerweile offiziell zu den 54 „Essenziellen Klimavariablen“, die entscheidend zur Charakterisierung des Erdklimas beitragen und wichtige Basis für die Arbeit des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) sind. Der TWS wird von der deutsch-amerikanischen GRACE-FO-Mission zur Verfügung gestellt.

Damit liefern die Schwerefeldmissionen nicht nur wertvolle Daten zum Wasser auf und unter der Erdoberfläche, sondern auch zur Massenbilanz der großen Inlandeisschilde über Grönland und der Antarktis. Der Trend ist hier dramatisch: Jahr für Jahr verliert Grönland rund 224 Milliarden Tonnen an Eis und die Antarktis, die ungleich kälter ist, 138 Milliarden Tonnen.

Neues Informationsportal des GFZ zur globalen Wasserspeicherung
Diese und weitere aktuelle sowie hintergründige Informationen zu den GRACE-Satellitenmissionen, ihrem Messprinzip und der Datenauswertung, aber auch zu Forschungsprojekten sowie Animationen und Karten finden Sie in dem neuen Informationsportal globalwaterstorage.info, das das GFZ eingerichtet hat. Beispielsweise findet sich hier eine animierte Zeitreihe, die eindrücklich zeigt, wie Europas Gesamtwasserspeicher seit 2002 immer kleiner geworden ist. Faktenblätter und Themendossiers ergänzen das Angebot, das sich insbesondere an Vertreter:innen der Medien und politische Entscheidungsträger:innen, aber auch an die breite interessierte Öffentlichkeit richtet.

Schwerefeldmission wird fortgesetzt und auch künftig wichtige Wasser- und Klimadaten liefern
Seit 2002 liefern die Tandem-Satelliten der GRACE- bzw. seit 2018 der nachfolgenden GRACE-FO-Mission wichtige Daten für die Klimabeobachtung: GRACE steht für Gravity Recovery and Climate Experiment, übersetzt: Schwerkraftermittlungs- und Klimaexperiment. Sie ist eine gemeinsame Mission der NASA, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR sowie des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ mit weiteren Forschungs- und Industriepartnern. Die Satelliten ermöglichen die kontinuierliche Überwachung des Schwerefelds der Erde. Auf Basis von dessen winzigen Änderungen können zeitliche und räumliche Veränderungen im globalen Wasser- und Eishaushalt ermittelt werden – und damit auch der Einfluss, den der Klimawandel darauf hat.

Die an den GRACE-Missionen beteiligten Forschungseinrichtungen in den USA und Deutschland, die Industriepartner sowie die Bundesministerien für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und für Bildung und Forschung (BMBF) haben sich geeinigt, die Mission fortzusetzen: Voraussichtlich 2028 wird GRACE-C starten und auch weiterhin das Schwerefeld der Erde vermessen. Damit ist sichergestellt, dass die Vermessung des Wasserkreislaufs der Erde über eine Zeitspanne von wenigstens rund 30 Jahren erfolgen kann – ein Zeitraum, der als Klimaperiode gilt.

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• 2x GRACE-FO und 5x Iridium NEXT auf Falcon 9 ♺

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Quelle: DLR 19. März 2024.

19. März 2024 – Der Mittelmeerraum Europas trocknet seit Jahren aus. In einigen Regionen Spaniens – wie in der Metropole Barcelona – herrscht Alarmzustand, weil der Grundwasserspiegel teilweise um drei Meter pro Jahr fällt. Und auch auf dem gesamten Kontinent ist er seit dem Rekord-Dürrejahr 2018 konstant niedrig, auch wenn Extremwetterereignisse mit Überschwemmungen in jüngster Zeit einen anderen Eindruck vermitteln. So hat Deutschland innerhalb der vergangenen 20 Jahre mehr als 15 Milliarden Tonnen Wasser verloren. Um solche Daten zu gewinnen und mit ihnen ein genaues Bild von den Grundwasserspiegeln wie auch des globalen Wasserhaushalts zu bekommen, muss man aus dem All unter die Erdoberfläche „schauen“. Hierbei helfen gemeinsam mit anderen Messmethoden seit über zwei Jahrzehnten die Daten eines ganz besonderen Satellitenpärchens: Am 17. März 2002 starteten mit „Tom“ und „Jerry“ die ersten beiden Satelliten im „Gravity Recovery and Climate Experiment“ – kurz GRACE-Mission – der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

22 Jahre später haben die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR und die NASA mit GRACE-C diese sehr erfolgreiche Mission nach GRACE Follow-On (GRACE-FO) zum zweiten Mal verlängert. Das „C“ steht dabei für „Continuity“, womit die Konstanz in den Messreihen dieser Umweltmissionen gewürdigt wird. Von deutscher Seite als wissenschaftliche Beteiligte dabei sind das GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam und das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut; AEI) in Hannover. Gebaut werden die Satelliten bei Airbus in Friedrichshafen. Wichtige Teile des Instruments kommen dabei von der SpaceTech GmbH in Immenstaad (STI). Der Start für das neue Satellitenpaar von GRACE-C ist für das Jahr 2028 mit einer Falcon-9-Rakete des US-Raumfahrtunternehmens SpaceX vorgesehen. Im Anschluss soll das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) beim DLR in Oberpfaffenhofen die Missionskontrolle übernehmen.

„Ohne Wasser kein Leben. Das macht Wasser gemeinsam mit sauberer Luft zur wichtigsten Ressource, die wir auf der Erde haben. Doch die Grundwasserspiegel auf der ganzen Welt verändern sich stetig. Hierbei geht es nicht um Kleinigkeiten. Mit den GRACE-Satelliten erfassen wir seit mehr als 20 Jahren jede Veränderung dieser Massentransporte global so präzise, dass Forschende zum Beispiel den Wasserhaushalt der Erde mit zuvor unerreichter Genauigkeit und Konstanz messen konnten. Die Mission GRACE-C wird diese unschätzbar wertvolle Datensammlung fortsetzen, die zu den Grundlagen für die Berichte des Weltklimarates gehört“, betont Dr. Walther Pelzer, Vorstandsmitglied des DLR und Generaldirektor der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR in Bonn. „Gemeinsam mit der NASA gehen wir nun den GRACE-Weg in der Erdbeobachtung weiter und stärken damit unsere internationalen Kooperationen in der Raumfahrt. Die USA und Deutschland arbeiten seit langem eng bei der Klima- und Umweltforschung aus dem All zusammen. Das Vertrauen, das unsere US-amerikanischen Partner bei diesen Missionen mit der Beauftragung des Satellitenbaus und der Lieferung von wichtigen Teilen des GRACE-C-Instrumentes sowie der Missionskontrolle in deutsches Raumfahrt-Know-How setzen, ist auch ein Zeichen für die Leistungsfähigkeit des Raumfahrtstandorts Deutschland“, unterstreicht Dr. Walther Pelzer.

„GRACE-C ist ein internationales Gemeinschaftsprojekt zur Beobachtung und Erforschung einer der wertvollsten Ressourcen unseres Planeten“, sagt Dr. Nicola Fox, Stellvertretende NASA-Administratorin zuständig für Wissenschaft in Washington. „Von unseren Küsten bis zu unseren Küchentischen gibt es keinen Aspekt unseres Planeten, der nicht von Veränderungen im Wasserkreislauf betroffen ist. Die Partnerschaft zwischen der NASA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt wird eine entscheidende Rolle bei der Vorbereitung auf die Herausforderungen von heute und morgen spielen“, so Nicola Fox weiter.

GRACE-C – NASA verlässt sich auf deutsche Raumfahrtexpertise
Gebaut werden die beiden Satelliten im Auftrag des NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) bei Airbus in Friedrichshafen. Herzstück der GRACE-C-Mission ist dabei die präzise Messung von winzigen Abstandsabweichungen zwischen den beiden Satelliten auf ihrem Weg um unsere Erde. Bei GRACE-C wird diese Entfernung mittels Laser-Interferometrie bestimmt. Ein wichtiger Teil dieses Laser Ranging Interferometer (LRI)-Systems – die sogenannte optische Bank und der Retroreflektor – kommt dabei von der Firma SpaceTech GmbH in Immenstaad am Bodensee. Deren Ingenieurinnen und Ingenieure werden dabei vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut; AEI) in Hannover unterstützt. Das AEI berät technisch und bezahlt die Beschaffung von LRI-Komponenten sowie von Test-Equipment, die wiederum von STI beauftragt werden. Das AEI überwacht auch die technischen Funktionen des LRI in der Betriebsphase.

GRACE-C – Wassermassen und Kontinente werden aus dem All gewogen
Doch wie messen die Satelliten mit diesem besonderem Lasersystem eigentlich die Verschiebung der Massen? Die Idee hinter dem GRACE-Prinzip ist eigentlich ganz einfach: Das Satellitenpärchen erfasst die Massen alleine anhand ihrer Schwerkraftwirkung. Dafür fliegen die beiden Satelliten jeweils in einem mittleren Abstand von nur rund 220 Kilometern hintereinander her. Relative Distanzabweichungen und Geschwindigkeit der beiden werden dabei mithilfe der Laser ständig ganz exakt gemessen. Dabei wird eine Genauigkeit von 200 bis 300 Picometern erreicht, was in etwa der Größe eines Atoms entspricht.

„Gestein und Wasser – egal ob in fester oder flüssiger Form – beeinflussen dabei mit ihren Massen die Flugbahn der Satelliten im All. Je stärker diese Gewichtskraft ist, desto mehr wird der voranfliegende Satellit beim Überflug von ihr angezogen. Dadurch beschleunigt er und entfernt sich vom anderen Satelliten. Je schwächer diese Kraft ist, desto weniger wird der voranfliegende Satellit beschleunigt. So nähert er sich wieder dem hinteren an. Diese minimale Veränderung im gegenseitigen Abstand wird kontinuierlich über jeden Umlauf um die Erde gemessen. Im übertragenen Sinne wiegen wir mit GRACE, wie Eisschilde und auch die Kontinente von Monat zu Monat ab- oder zunehmen“, erklärt Dr. Sebastian Fischer, GRACE-C-Programmleiter in der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR. Doch das Wiegen geschieht nicht nur im All. Erst anhand von komplizierten Rechenverfahren am Boden werden die minimalen Bewegungen der Satelliten im Erdorbit in Schwerefeldwerte übersetzt und mit anderen Daten kombiniert. Dies ermöglicht unter anderem die Messung von Änderungen im Grundwasserspiegel mit einer Genauigkeit von einem Zentimeter auf 400 Kilometer Durchmesser – und das alle 30 Tage für die gesamte Erde. Hierbei spielt das GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam eine wichtige Rolle: Es wird für den Aufbau des sogenannten Science Data Systems (SDS) auf deutscher Seite zuständig sein. In der Betriebsphase ist das GFZ dann für den wissenschaftlichen Betrieb von GRACE-C zuständig.

GRACE-C – deutsch-amerikanische Mission unter DLR-Kontrolle
Nach dem Start der beiden GRACE-C-Satelliten an Bord einer Falcon-9-Rakete des US-Raumfahrtunternehmens SpaceX voraussichtlich im Jahr 2028 werden sie in rund 500 Kilometern Höhe ausgesetzt. Rund eine Minute später soll die erste Kontaktaufnahme mit einer Bodenstation stattfinden. Wie bereits bei GRACE und GRACE-FO werden auch die beiden GRACE-C Satelliten nach dem Start durch das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum im DLR (GOSC) in Oberpfaffenhofen gesteuert.

GRACE – erfolgreiche Missionsreihe zur Beobachtung unserer Umwelt
GRACE war eine gemeinsame Mission der US-Raumfahrtbehörde NASA und des DLR, die bis zum Jahr 2017 betrieben wurde und damit dreimal länger als ursprünglich geplant aktiv war. Die wissenschaftliche Datenauswertung erfolgte durch die University of Texas und durch das GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ). Der Betrieb oblag dem Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum beim DLR in Oberpfaffenhofen und wurde vom DLR (aktuell der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und dem GFZ finanziert. Das NASA JPL managte die Mission im Auftrag des NASA Science Mission Directorate in Washington. Die GRACE-„Zwillinge“ wurden von Airbus in Friedrichshafen im Auftrag der NASA gebaut. Dort entstanden, wiederum NASA-finanziert, auch die Nachfolger der Mission GRACE-FO, die seit ihrem Start am 22. Mai 2018 die Gravitationsmessungen fortsetzen. Auch die GRACE-C-Mission, die im Jahr 2028 starten soll, wird in Friedrichshafen gebaut. Der deutsche Beitrag wird von der Deutschen Raumfahrtagentur mit mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) umgesetzt. Dies wird durch Beiträge der Helmholtz-Gemeinschaft (HGF) und der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) auf deutscher Seite unterstützt. Das GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) wird dabei für die wissenschaftliche Auswertung der Missionsdaten und das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) gemeinsam mit der Firma SpaceTech GmbH in Immenstaad für die Entwicklung und den Bau der laserbasierten Abstandsmessung zwischen dem GRACE-Satellitenpaar zuständig sein.

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• GRACE-C

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Quelle: Airbus Defence and Space 19. März 2024.

Friedrichshafen, 19. März 2024 – Airbus hat vom Jet Propulsion Laboratory JPL (Pasadena, Kalifornien) der NASA den Zuschlag für die Entwicklung und den Bau der GRACE-C-Zwillingssatelliten erhalten. Diese neue Mission der NASA und der Deutschen Raumfahrt-Agentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wird die mehr als 20-jährige Partnerschaft zwischen den USA und Deutschland fortsetzen und damit die ununterbrochenen Messung des Schwerefelds der Erde gewährleisten. 2002 begann die Kooperation mit GRACE und wurde mit dem 2018 gestarteten GRACE Follow-On fortgeführt.

Während ihrer fünfjährigen nominellen Missionsdauer wird die GRACE-C-Mission (Gravity Recovery And Climate Experiment-Continuity) die Messreihe fortsetzen, mit der beobachtet wird, wie sich das Grundwasser, die Ozeane, die Eisschilde und das Land der Erde von Monat zu Monat verändern, indem Veränderungen im Schwerefeld des Planeten gemessen werden.

Alain Fauré, Leiter von Space Systems bei Airbus, sagte: „Es ist erstaunlich, dass zwei Satelliten, die mehr als 200 km voneinander entfernt sind, uns sagen können, wie schnell unsere Eisschilde schmelzen, ohne auf die Erde zu schauen. Bei der Umweltüberwachung ist Kontinuität ein Schlüsselelement. Die wertvollen Daten, die die bisherigen GRACE-Missionen geliefert haben, sind ein Beweis für ihren Erfolg, und es ist eine großartige Nachricht, dass Airbus weiterhin Teil dieser internationalen Mission ist, die die Instrumente zur Messung der Entwicklung unseres Klimas liefert.”

GRACE-C besteht aus zwei identischen Satelliten, die im Abstand von etwa 200 km auf einer Umlaufbahn in 500 km Höhe mit einer Neigung von 89 Grad fliegen. Jeder Satellit wird etwa 3 x 2 x 1 Meter groß sein und rund 600 kg wiegen. Der Start soll frühestens Ende 2028 von den USA aus erfolgen.

Wie ihre Vorgänger ist auch die GRACE-C-Mission darauf ausgelegt, kleine Abstandsänderungen zwischen den Satelliten aufgrund von Schwerkraftschwankungen mit einer bisher unerreichten Genauigkeit bis auf den Mikrometer genau zu messen. Während die beiden Satelliten die Erde umkreisen, werden Bereiche mit etwas stärkerer Schwerkraft (größere Massenkonzentration) die Position der Sonde und damit den Abstand zwischen den Satelliten beeinflussen. Das äußerst präzise Mikrowellen-Entfernungsmesssystem wird diese Veränderungen aufspüren und die Kartierung des Schwerefelds der Erde mit unübertroffener Genauigkeit ermöglichen.

Anhand der Veränderungen in diesen Schwerkraftkarten – oder der Verfolgung der Massenkonzentration – können die Wissenschaftler im Laufe der Monate oder Jahren den globalen Wasserhaushalt, einschließlich Grundwasserspiegel und Eisschilde, und den Einfluss des Klimawandels beurteilen. Außerdem wird es Einblicke in die Tiefen- und Oberflächenströmungen in den Ozeanen und in den Beitrag der Ozeanhöhen liefern.

GRACE-C ist ein Umbau der beiden GRACE Follow-On Satelliten mit modernster Avionik und dem gemeinsamen US-amerikanisch-deutschen Laser Ranging Interferometer (LRI), das bereits auf GRACE Follow-On als experimentelle Nutzlast geflogen ist und nun das Hauptinstrument für die Entfernungsmessung darstellt.

Die Mission basiert auf einer ressortübergreifenden Partnerschaft zwischen NASA und DLR. Die deutschen Beiträge werden durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz sowie das Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert. Die optische Bank des LRI-Instruments wird von der SpaceTech GmbH in enger Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Gravitationsforschung (Albert-Einstein-Institut) gebaut.

Airbus Defence and Space in Friedrichshafen wird die Satelliten entwerfen, bauen und zum Startplatz liefern, einschließlich der Unterstützung der NASA/JPL in der Start- und frühen Orbitphase (LEOP). Die Mission wird vom Deutschen Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) des DLR betrieben.

GRACE-C – eine erfolgreiche Serie von Missionen zur Beobachtung der Erdumwelt geht weiter
GRACE-C ist eine gemeinsame Mission der US-Raumfahrtbehörde NASA und der Deutschen Raumfahrt-Agentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Der deutsche Beitrag wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) realisiert. Dies wird durch Beiträge anderer Projektpartner auf deutscher Seite unterstützt. Das GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) wird für die wissenschaftliche Auswertung der Missionsdaten verantwortlich sein und das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) zusammen mit der Firma SpaceTech GmbH in Immenstaad für den Bau des Lasersystems zur Messung der Entfernung zwischen den GRACE-C-Sonden.

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• GRACE-C

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Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München 7. März 2024.

München, den 3. März 2024 – Seit vielen hundert Millionen Jahren variiert die mittlere Temperatur auf der Oberfläche der Erde um nicht viel mehr als 20° Celsius und macht Leben auf unserem Planeten möglich. Um diese stabile Temperaturlage zu erklären, muss es eine Art „Thermostat“ geben, der über geologische Zeiträume hinweg die für die globale Temperatur entscheidende Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre reguliert. Eine wichtige Rolle für diesen Erd-Thermostat spielen dabei die Erosion und Verwitterung von Gestein. Ein Team um den Geologen Aaron Bufe von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und Niels Hovius vom Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) hat nun den Einfluss dieser Prozesse auf die Kohlenstoffbilanz der Atmosphäre modelliert. Das überraschende Ergebnis: Die CO₂-Aufnahme durch Verwitterungsreaktionen ist in Mittelgebirgen mit moderaten Erosionsraten am höchsten; nicht in Hochgebirgen, in denen Gesteine besonders schnell erodieren.

Sobald Gestein durch Erosion freigelegt und Wind und Wetter ausgesetzt wird, setzt Verwitterung ein. „Bei der Verwitterung von Silikaten wird der Atmosphäre Kohlenstoff entzogen und später als Kalk ausgefällt. Andere Verbindungen dagegen, etwa Karbonate und Sulfide oder im Stein enthaltener organischer Kohlenstoff, setzen bei der Verwitterung CO₂ frei. Diese Reaktionen laufen viel schneller ab als die Silikatverwitterung“, erläutert Hovius. „Bei der Frage, was der Effekt von Erosion und Gebirgsbildung auf die Kohlenstoffbilanz ist, gibt es daher einige Komplikationen.“

Verwitterungsmodell zeigt gemeinsame Mechanismen
Um ein klareres Bild zu gewinnen, analysierten die Forschenden mithilfe von mathematischen Verwitterungsmodellen Daten zum Ausmaß der Sulfid-, Karbonat- und Silikatverwitterung in unterschiedlichen Untersuchungsgebieten – etwa in Taiwan und Neuseeland – und ermittelten, wie die Verwitterung des jeweiligen Gesteins auf Änderungen der Erosionsrate reagiert. „Dabei fanden wir für alle Standorte Übereinstimmungen, die auf gemeinsame Mechanismen hinweisen“, sagt Bufe.

Weitere Modellrechnungen zeigten, dass der Zusammenhang zwischen Erosion und CO₂-Bilanz nicht linear ist, sondern dass die CO₂-Speicherung bei einer Erosionsrate von ungefähr 0,1 Millimeter pro Jahr ein Optimum erreicht. Sowohl bei niedrigeren als auch bei höheren Raten wird durch Verwitterung weniger CO₂ gespeichert beziehungsweise sogar zunehmend CO₂ freigesetzt. „Hohe Erosionsraten wie in Taiwan oder dem Himalaya treiben das System in Richtung einer CO₂-Quelle, weil die Silikatverwitterung bei steigenden Erosionsraten irgendwann nicht mehr ansteigt, während die Verwitterung von Karbonaten und Sulfiden noch weiter zunimmt“, erklärt Bufe.

In Landschaften mit moderaten Erosionsraten um 0,1 Millimeter pro Jahr dagegen sind die schnell verwitternden Karbonate und Sulfide schon weitgehend verbraucht, während die Silikatverwitterung in großem Umfang stattfinden kann. In Landschaften mit wenig Topographie und Hebung, in denen noch weniger Material abgetragen wird, gibt es schließlich nur noch wenig zu verwittern. Die größten CO₂-Senken sind daher Mittelgebirge wie der Schwarzwald oder der Bayerische Wald, deren Erosionsraten sich nahe dem Optimum bewegen. „Die Temperatur, auf die der ‚Erd-Thermostat‘ eingestellt ist, ist über geologische Zeiträume also vor allem von der globalen Verteilung der Erosionsraten abhängig“, sagt Bufe. Um die Auswirkungen von Erosion auf das Klimasystem der Erde noch genauer zu verstehen, müssten seiner Ansicht nach in zukünftigen Studien noch die organischen Kohlenstoffsenken und die Verwitterung in Überschwemmungsgebieten berücksichtigt werden.

Publikation
Aaron Bufe, Jeremy K.C. Rugenstein, and Niels Hovius: CO₂ drawdown from weathering maximized at moderate erosion rates. Science 2024. DOI 10.1126/science.adk0957
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk0957

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• Klimawandel

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Quelle: GFZ 5. Dezember 2023.

5. Dezember 2023 – Neben zwei größeren Erdbeobachtungssatelliten Theos-2 (Thailand) und Triton (Taiwan) konnten auch acht zusätzliche Kleinsatelliten, sogenannte CubeSats erfolgreich in eine polare Umlaufbahn in rund 565 Kilometern Höhe über der Erde gebracht werden.

Das GFZ ist dabei an der Kleinsatellitenmission PRETTY (3U-CubeSat) im Rahmen eines ESA-Projektes als Teil des Wissenschaftsteams zusammen mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR, dem spanischen Weltraum­institut IEEC und der Universität NTNU Trondheim beteiligt. PRETTY ist mit einem speziellen GNSS-Reflektometrie-Empfänger ausgestattet, mit dem Höhen von Wasser- und Eisoberflächen bestimmt werden können. Erstmals soll die Qualität derartiger Messungen von sehr kleinen Satellitenplattformen getestet werden, um zukünftige kostengünstige Mehrsatellitensysteme für die Erdbeobachtung zu ermöglichen.

„Der Satellit wird unter anderem Messungen zur GNSS-Reflektometrie durchführen, die uns dann sehr exakt See-, Gletschereis- und Wellenhöhen anzeigen.«, erläutert Prof. Jens Wickert, der am GFZ Hauptverantwortlicher der Mission ist. Zudem werden die Dosimeter an Bord die Strahlendosis im Weltraum messen. Dies wird der Überwachung des Weltraumwetters dienen.

Die Mission PRETTY wird viele neue Erkenntnisse bringen: Als Demonstrator-Mission angelegt, wird sie zeigen, was diese Art von Klein­satelliten samt ihrer kompakten Sensorik potenziell leisten kann. Der Hauptzweck der Reflektometer-Nutzlast an Bord von PRETTY ist der Nachweis technischer Machbarkeit. Denn diese sogenannten CubeSats − nur ca. 10x10x34,05cm große Satelliten − werden als eine wichtige Zukunftsoption der Erdbeobachtung gehandelt, da sie als kostengünstige Kleinsatelliten GNSS-Technik und andere kleine Sensoren zur Erdbeobachtung an Bord haben können.

Zur GNSS-Reflektometrie
Die Abkürzung GNSS steht für Globales NavigationsSatellitenSystem. Der Begriff GNSS-Reflektometrie (GNSS-R) fasst verschiedene Fernerkundungsmethoden zusammen, bei denen von Wasser-, Eis- oder Landoberflächen reflektierte Signale von Navigationssatelliten aufgezeichnet und ausgewertet werden. Daraus lassen sich wichtige geophysikalische Eigenschaften dieser Oberflächen ableiten, so zum Beispiel die geometrische Höhe, Bodenfeuchte oder auch Rauigkeit, die wiederum Rückschlüsse auf die Windgeschwindigkeit und -richtung über Wasseroberflächen zulässt. Das Spektrum der Anwendungen ist sehr vielfältig und reicht von der Wettervorhersage bis hin zur Klimaforschung.

Auswertung der Daten auch mit Künstlicher Intelligenz (KI)
Die technischen Teilsysteme des Satelliten werden derzeit ausgiebig getestet, wozu die ersten Daten genutzt werden, die von PRETTY empfangen wurden. Die wissenschaftlichen GNSS-Reflektometriemessungen sind in Vorbereitung, erste Experimente werden gegen Ende des Jahres durchgeführt.

Die Auswertung der Daten von Kleinsatelliten ist eine große Herausforderung, da diese Plattformen über begrenzte technische Möglichkeiten im Vergleich zu größeren Satelliten verfügen. Trotzdem sollen geophysikalische Beobachtungen von möglichst hoher Qualität durchgeführt werden. Um die Daten optimal auszuwerten, werden auch Methoden der künstlichen Intelligenz eingesetzt. Dr. Milad Asgarimehr vom GFZ und der TU Berlin ist Teil des PRETTY-Teams und mitverantwortlich für die Entwicklung von KI-Systemen zur Datenauswertung. Er ist auch Leiter des Helmholtz-KI-Projekts „AI4GNSS-R“ zur Entwicklung von neuen AI-Methoden für die GNSS basierte Erdbeobachtung mit der GNSS-Reflektometriemethode und nutzt dabei auch Daten anderer Satelliten, wie denen der U.S. amerikanischen CYGNSS-Mehrsatellitenmission.

AI4GNSS-R zielt auf die Umsetzung von Deep Learning für neuartige Fern­erkundungsdatenprodukte, die auf weltraumgestützten GNSS-R-Messungen basieren. Dazu gehören beispielsweise qualitativ hochwertige Daten zur Windgeschwindigkeit an der Meeresoberfläche, insbesondere bei extremen Windverhältnissen, wie sie bei Hurrikanen herrschen, und auch Niederschlägen über ruhigeren Ozeanen, die ebenfalls mit GNSS-Signalen gemessen werden können.

Weitere technische Details:

• Flug: Flight VV23 – 8 October – Golden Horizon | THEOS-2 & FORMOSAT-7R/TRITON | Vega Launch | Arianespace; Live-Stream vom Start am 9. Oktober 2023 https://www.youtube.com/watch?v=XknbyH6ipxc

• Größe: Der Kleinsatellit PRETTY ist 10 cm × 10 cm × 34,05 cm groß.
   
• Energieversorgung: Die ausklappbaren Solarpanele haben eine Fläche von jeweils 30×20 Zentimetern und versorgen den Satelliten mit einer Leistung von durchschnittlich 24 Watt.
   
• Masse und Umlaufbahn: 4,6 Kilogramm, polare Umlaufbahn mit 565 Kilometer Höhe.
   
• Datenrate: PRETTY kommuniziert mit Datenraten bis 2 Mbit/s; der Betrieb des Satelliten wird mit einer Bodenstation der TU Graz durchgeführt.
   
• Entwickelt wurde PRETTY wird von Beyond Gravity Austria (Konzept und Software System) in Kooperation mit der ESA, Seibersdorf Laboratories (Dosimeter) und der TU Graz (Satellitenbus). GFZ ist Teil eines internationalen wissenschaftlichen Konsortiums (PRETTY-Science) zur Auswertung der GNSS-Reflektometriedaten und vertraglich in das Projekt eingebunden.
   
• Dauer: Die Mission ist auf mindestens ein Jahr ausgelegt. PRETTY wird nach Missionsende auf natürliche Weise wieder in die Erdatmosphäre eindringen und verglühen. Analysen zeigen, dass dies nach spätestens 25 Jahren eintreten wird. Der Satellit entspricht den ESA- und UN-Richtlinien zur Minimierung von Weltraumschrott.

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• Triton + weitere Sats auf Vega (VV23)

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Quelle: GFZ 22. November 2023.

22. November 2022 – Heute trägt das GFZ innerhalb eines internationalen wissenschaftlichen Konsortiums, Swarm DISC (Swarm Data, Innovation, and Science Cluster), zur regelmäßigen Bereitstellung von Datenprodukten für Geomagnetismus und Weltraumwetter bei, die aus den Swarm-Messungen gewonnen werden.

Die drei baugleichen Satelliten umkreisen die Erde auf polaren Bahnen in einer besonderen Konstellation: Swarm A und Swarm C fliegen als Satellitenpaar in einer Höhe von 462 Kilometern, Swarm B auf einer entfernteren Umlaufbahn in 510 Kilometer Höhe. Die endgültige Orbitkonstellation war im April 2014 erreicht. Dementsprechend wird das 10-jährige Swarm-Jubiläum im April 2024 offiziell gefeiert werden, im Rahmen einer wissenschaftlichen Konferenz in Kopenhagen, Dänemark.

Die Swarm-Mission
Jeder der drei Satelliten erhebt hochgenaue und hochaufgelöste Messungen der Stärke und der Richtung des magnetischen Feldes. In Kombination liefern sie die notwendigen Beobachtungsdaten, die für die Modellierung der verschiedenen Quellen des erdmagnetischen Feldes gebraucht werden.

„Die Swarm-Mission war ursprünglich nur für mindestens vier Jahre geplant, sie liefert aber auch nach 10 Jahren hochqualitative Daten insbesondere zu Stärke und Richtung des Erdmagnetfelds. Diese Daten trugen und tragen zu wesentlichen Erkenntnisgewinnen über physikalische Prozesse sowohl innerhalb als auch außerhalb der Erde bei“, sagt Monika Korte, Leiterin (komm.) der Sektion 2.3 „Geomagnetismus“ am GFZ.

Einerseits sind die Daten wichtige Grundlage zur genauen Kartierung des sich langsam ändernden Hauptfelds und zur Erforschung der zugrunde liegenden Bewegungen im flüssigen äußeren Erdkern, der das Erdmagnetfeld wie ein Dynamo erzeugt. Andererseits sind sie unverzichtbar zum Verständnis der diversen elektrischen Stromsysteme im Umfeld der Erde und des Zustands der Ionosphäre, was zur Charakterisierung von Weltraumwetterbedingungen von Bedeutung ist. Die Ströme schneller geladener Teilchen im Weltraum, die ihre Ursache in Sonneneruptionen haben, bilden u.a. eine Gefahr für Satelliten und Raumfahrzeuge, können aber auch elektronische Systeme auf der Erde stören. Das Erdmagnetfeld hat hierbei eine wichtige Abschirmfunktion.

Swarm und Polarlichter
Die Daten der Swarm-Mission spielen auch für das Verständnis von Polarlichtern eine wichtige Rolle, wie sie in diesem Jahr vermehrt auch in unseren Breiten zu beobachten sind. Polarlichter entstehen, wenn bei starker Sonnenaktivität geladene Teilchen des Sonnenwindes, gelenkt durch das Erdmagnetfeld, in die Atmosphäre gelangen. Dort regen die Teilchen Moleküle wie Sauerstoff oder Stickstoff zum Leuchten in verschiedenen Farben an. Es gibt bereits Datenprodukte, die – punktuell – die Grenzen des Polarlichtovals bestimmen, also der Zone um die Polregion, in der Polarlichter auftreten. Das basiert auf punktuellen Messungen auf den jeweiligen Satellitenbahnen. Daraus lassen sich dann Modelle für das komplette Polarlichtoval berechnen – allerdings bislang nur für die Vergangenheit. „Wir hoffen, in den nächsten Jahren auch eine Vorhersage des Polarlichtovals aus Swarm-Daten entwickeln zu können“, so Korte.

Tradition und Zukunft der Magnetfeldbeobachtung aus dem All
Swarm setzt die wichtige Beobachtung der Erdmagnetfelds aus dem Weltraum fort, die von 2000 bis 2010 wesentlich von CHAMP getragen wurde. Dieser Satellit des GFZ und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR war gleichzeitig für hochgenaue Messungen des Erdschwerefelds konzipiert. Die drei Swarm-Satelliten sind auf das Magnetfeld fokussiert und liefern im Vergleich zu CHAMP nicht nur mehr räumlich verteilte Daten, sondern bald auch längere Zeitreihen.

Die Nutzergemeinschaft hofft, dass die Swarm-Mission noch bis mindestens 2030 in Betrieb bleibt, um aus der Datenreihe insbesondere Informationen über den Zeitraum eines kompletten Sonnenfleckenzyklus zu gewinnen. Ein solcher Zyklus der Sonnenaktivität dauert – von einem Aktivitätsminimum zum nächsten – im Schnitt rund 11 Jahre. In dieser Zeit nimmt die Zahl der Sonnenflecken zu und wieder ab. Die Sonnenflecken stoßen – getrieben von internen Magnetfeldern – große Mengen geladener Teilchen in den Weltraum aus, daher der Begriff Sonnenaktivität. Diese Teilchen tragen als bewegte Ladung selbst ein Magnetfeld mit sich und beeinflussen daher auch das Magnetfeld im erdnahen Raum. Weil sich die Polarität der Sonnenflecken nach 11 Jahren ändert, dauert ein kompletter Zyklus rund 22 Jahre. Das letzte Aktivitätsminimum war zur Jahreswende 2019/20.

Aktuell wird u.a. am GFZ daran gearbeitet, viele der bisher mit einer Verzögerung von vier bis sechs Tagen erzeugten Datenprodukte nahezu in Echtzeit zur Verfügung zu stellen. „Dies war bei keiner der bisherigen erdnahen Magnetfeldmissionen der Fall und ist nur aufgrund der extrem hohen Datenqualität und Stabilität der Mission möglich. Diese neuen Datenprodukte werden daher eine noch wichtigere Rolle als bisher für die Charakterisierung des Weltraumwetters spielen, obwohl die Swarm-Mission ursprünglich gar nicht für diesen Zweck konzipiert wurde“, sagt Guram Kervalishvili, Wissenschaftler in der Sektion 2.3 „Geomagnetismus“ und Projektmanager für die ESA Swarm Mission und ESA Space Weather Aktitvitäten am GFZ.

Umfassende Informationen zu den Datenprodukten der Swarm Mission finden Sie unter: https://swarmhandbook.earth.esa.int.

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• Swarm

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Quelle: Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) 1. August 2023.

1. August 2023 – Ob bei der präzisen Vermessung des Meeresbodens oder für Planung, Bau und Wartung von Offshore-Anlagen (z. B. Windparks) – heute nutzt man dafür die bekannten Satellitensysteme wie GPS oder Galileo. Dabei wird die dreidimensionale Position in Bezug auf ein globales Koordinatensystem bestimmt. Mit speziellen geodätischen Verfahren ist dies sogar mit Zentimetergenauigkeit möglich.

Der Meeresspiegel wird vor allem durch die ungleichmäßige Schwerkraft der Erde geformt. Damit man mit den rein geometrischen Satellitenmessungen auch genaue Höhen über dem Meeresspiegel bestimmen kann, stellt das BKG gemeinsam mit seinen Partnern ein sogenanntes Quasigeoidmodell als Höhenbezugsfläche bereit. Das Modell beschreibt die Abweichungen des für Deutschland gültigen Höhenniveaus (Amsterdamer Pegel, NAP) von der Referenzfläche (Ellipsoid) der Satellitenmessungen. Diese betragen an den deutschen Küsten zwischen 35 und 41 Meter. Die aktuelle Version GCG2016 ist seit 1. Juni 2023 als Open Data verfügbar: zum Quasigeoidmodell.

Grundlage für die Berechnung des Quasigeoidmodells sind Informationen über die lokale Schwerebeschleunigung, kurz Schwere. Im Bereich der Nordsee stammen die bisher verfügbaren Schweremessungen aus unterschiedlichen Quellen. Sie sind jedoch unregelmäßig verteilt, teils veraltet und weichen mitunter systematisch voneinander ab. Daher genügen sie nicht den Anforderungen, um das Quasigeoid mit der gleichen Genauigkeit wie an Land (ca. 1 cm) zu berechnen.

2014 und 2015 wurden bereits Messungen im norddeutschen Wattenmeer und vor den nordfriesischen Inseln durchgeführt. Seit 2021 laufen die Arbeiten zur großflächigen Neuvermessung der Nordsee. In diesem Jahr liegt der Fokus noch einmal auf dem Gebiet nordwestlich von Helgoland, wo Datenlücken geschlossen und bestehende Daten überprüft und ggf. angepasst werden sollen. Mit 350 bis 400 km Entfernung vom Festland stellt der sogenannte Entenschnabel, der äußerste Winkel der Ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ), eine besondere logistische Herausforderung dar.

Die Messungen in diesem Jahr dienen daher weiteren Ergänzungen und Kontrollen, um eine hohe Datenqualität sicherzustellen. Laut Plan wird das Vermessungs-, Wracksuch- und Forschungsschiff (VWFS) WEGA des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) am 1. August 2023 in Bremerhaven auslaufen.

Angesichts der Messbedingungen in der Nordsee tragen gleichzeitige Messungen mehrerer Instrumente wesentlich zur Qualitätssicherung bei. In den folgenden 10 Tagen werden daher wieder die Spezialisten vom Helmholtz-Zentrum Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ) sowie dem Fachgebiet Physikalische Geodäsie und Satellitengeodäsie (PSGD) der TU Darmstadt mit ihren Instrumenten die Schweremessungen an Bord durchführen. Zusätzlich setzt auch das BKG erstmals ein eigenes auf Inertialsensoren basierendes Strap-Down-Gravimeter ein.

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• Planet Erde

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Quelle: GFZ 21. Juni 2023.

21. Juni 2023 – Geladene Teilchen aus dem Weltraum werden vom Magnetfeld der Erde eingefangen. Sie fließen dann auf einer kreisförmigen Bahn um die Erde und bilden den so genannten Ringstrom. Das Wissen um seine Dynamik ist wichtig, weil er wiederum das Erdmagnetfeld und die Atmosphäre beeinflusst und gefährliche Bedingungen für Satelliten schaffen kann. Insbesondere das Verhalten während geomagnetischer Stürme, die von verstärkter Sonnenaktivität verursacht werden, ist bislang nicht vollständig verstanden. Hierfür genutzte Modelle haben die Stärke des Ringstroms bisher systematisch überschätzt. Das haben Forschende um Bernhard Haas und Yuri Shprits vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in einer Studie im Fachmagazin Nature Scientific Reports gezeigt. Sie analysierten die Teilchenbahnen während geomagnetischer Stürme und identifizierten einen bislang nicht berücksichtigen Teilchen-Verlust-Prozess durch Streuung an sogenannten Plasmawellen.

Der Ringstrom und seine Effekte
Der Weltraum ist erfüllt vom interplanetaren Medium, einem Mix aus Protonen, Elektronen und anderen geladenen Teilchen, die u.a. von der Sonne ausgestoßen werden. Ein Teil dieser geladenen Partikel wird vom Magnetfeld der Erde eingefangen. Sie fließen dann als sogenannter Ringstrom auf einer kreisförmigen Bahn in der Äquatorebene im Abstand von einigen Erdradien um die Erde.

Je nach Sonnenaktivität kann sich der Ringstrom dynamisch verändern. Eine möglichst genaue Kenntnis darüber ist wichtig, weil der Ringstrom diverse Auswirkungen auf die Erde und ihre Umgebung hat: Er kann gefährliche Oberflächenladungseffekte auf Satelliten verursachen, was deren Betrieb und Funktionsweise erheblich beeinträchtigen kann. Ringstromelektronen können über Streuprozesse in die Atmosphäre gelangen und dort über die Bildung von Stickoxiden zur Zerstörung von Ozon beitragen. Und nicht zuletzt kann der Ringstrom das Nettomagnetfeld der Erde schwächen. Um das Magnetfeld im Erdinneren möglichst genau studieren zu können, muss man äußere Einflüsse wie den des Ringstroms rechnerisch entkoppeln.

Der Ringstrom kann seit langem im Weltraum und von der Erde aus gemessen werden. Solche Messungen wurden erstmals 1806 von Alexander von Humboldt in Berlin durchgeführt. Er prägte auch den Begriff „Magnetsturm“ für die von verstärkter Sonnenaktivität verursachten Änderungen des Erdmagnetfeldes.

Auswirkungen geomagnetischer Stürme auf den Ringstrom
Obwohl der Ringstrom seit Jahrzehnten wissenschaftlich untersucht wird – sowohl mit Messungen als auch über Modellierung und Computersimulation –, ist noch immer nicht vollständig verstanden, wie er sich während geomagnetischer Stürme verändert. Das liegt daran, dass es viele verschiedene Prozesse gibt, die auf unterschiedlichen Zeitskalen zu seinem Verhalten beitragen.

Neue Modellierungsansätze zeigen Teilchenverlust
Eines der Hauptmerkmale eines geomagnetischen Sturms ist ein verstärkter Teilchenfluss im Ringstrom. Allerdings wurde die Anzahl der Elektronen vor allem zu Beginn der Stürme von bisherigen Modellen systematisch überschätzt, insbesondere auf der Nachtseite der Erde. Das haben Wissenschaftler:innen um Bernhard Haas und Yuri Shprits vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ und der Universität Potsdam in einer Studie gezeigt, die im Fachmagazin Nature Scientific Reports erschienen ist. Als Ursache ermittelten sie bislang nicht berücksichtigte Teilchenverlustprozesse.

Ausgangspunkt für die Analysen der Forschenden waren starke Diskrepanzen zwischen Modellvorhersagen und Messungen der inneren Magnetosphäre der Erde während starker geomagnetischer Stürme.

Für genauere Untersuchungen betrachtete das Team des GFZ ein spezielles Magnetsturm-Event, nämlich den sogenannten St.-Patricks-Day-Sturm vom 17. März 2013. Er wurde schon verschiedentlich studiert und zeigt eine klare Unterscheidbarkeit zwischen starker und schwacher geomagnetischer Aktivität.

Ursachensuche für geringeren Teilchenfluss im Ringstrom
Grundsätzlich gibt es im Ringstrom eine permanente Partikelfluktuation: Neue Partikel werden eingefangen, andere wieder ausgestoßen. Dafür spielt auch die Position im Ringstrom eine Rolle, also ob man zum Beispiel die der Sonne zugewandte Tag- oder die ihr abgewandte Nachtseite betrachtet. Denn die Magnetosphäre der Erde ist hier jeweils sehr unterschiedlich ausgeprägt.

Die Forschenden klärten zunächst, dass die Ursache der festgestellten Überschätzung der Elektronenanzahl nicht in der Modellierung der Quellprozesse lag. Stattdessen fanden sie von bisherigen Modellen unberücksichtigte Verlustprozesse.

Hierfür analysierten sie die Bahnen von Elektronen nach ihrem Eintritt in den Ringstrom. Mithilfe von Simulationsrechnungen fanden sie heraus, dass ein Teil der Elektronen höchstwahrscheinlich durch Wechselwirkung mit sogenannten Plasmawellen wieder aus dem Ringstrom in die Atmosphäre gestreut wird. Als Plasma wird ein Zustand bezeichnet, in dem positiv und negativ geladene Teilchen vorherrschen. Beispielsweise durch Schwankungen in der Teilchendichte entstehen Plasmawellen, die mit schwankenden elektrischen und magnetischen Feldern einhergehen und so wieder auf geladene Teilchen rückwirken können.

Resümee und Ausblick
„Diese Prozesse wurden von bisherigen Modellen des Ringstroms nicht ausreichend genau erfasst. Mit unserem Ansatz konnten wir bislang nicht berücksichtigte Elektronen-Verluste empirisch quantifizieren und zeigen, dass sie extrem stark sein müssen. Wir haben zwei Arten von Plasmawellen identifiziert, die für die Streuprozesse verantwortlich sein könnten. Der physikalische Mechanismus ist aber noch nicht vollständig verstanden und wird Gegenstand künftiger Studien sein. Eine genaue Lokalisierung der Verlustprozesse im Ringstrom ist mit unserer Methode nicht möglich, aber unsere Berechnungen deuten darauf hin, dass die Prozesse in dem Ringsektor stattfinden, der vor Mitternacht liegen muss“, resümiert Bernhard Haas, Erstautor der Studie und Doktorand am GFZ.

Yuri Shprits, am GFZ Leiter der Sektion 2.7 „Weltraumphysik und Weltraumwetter“ und Professor an der Universität Potsdam, ergänzt: „Das ist ein wichtiger Schritt zum besseren Verständnis der Dynamik von Teilchen in dieser Region des Weltraums und hilft uns, das Verhalten des Ringstroms während geomagnetischer Stürme besser zu modellieren und vorherzusagen. Das ist wiederum die Voraussetzung, um Satelliten vor den entsprechenden schädlichen Auswirkungen zu schützen, sowie das Magnetfeld der Erde in ihrem Inneren und die Auswirkungen dieser Teilchen auf die Atmosphäre und damit auch auf das Klima besser zu verstehen.“

Da sich der Ringstrom sowohl auf die Atmosphäre wie die Gefährdung von Satelliten auswirkt, trägt diese Studie zu Topic 1 „Atmosphäre im Globalen Wandel“ und Topic 3 „Ruhelose Erde – Vorhersage von Geogefahren ermöglichen“ unseres Forschungsprogramms „Changing Earth – Sustaining our Future“ der Programmorientierten Förderung PoF IV von Helmholtz Erde und Umwelt bei.

Originalpublikation:
Haas, B., Shprits, Y.Y., Allison, H.J. et al. A missing dusk-side loss process in the terrestrial electron ring current. Sci Rep13, 970 (2023). DOI: 10.1038/s4159-023-28093-2, https://www.nature.com/articles/s41598-023-28093-2, pdf: https://www.nature.com/articles/s41598-023-28093-2.pdf.

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• Die Van-Allen-Gürtel

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