D-AERO: Deutschlandweite Aerogeophysik-Befliegung zur Kartierung des nahen Untergrundes und seiner Oberfläche - Auswertung
Dokumenttyp:
Projekt, | Thema:
Grundwasser
Land/Region:Deutschland
Projektanfang:01.04.2016,
Projektende:31.03.2020
Projektstand:31.03.2020, Beendet
Das im Jahr 2007 begonnene D-AERO-Projekt, in dem acht Messgebiete an der deutschen Nordseeküste mit dem BGR-Hubschrauber beflogen worden sind, wird durch eine Auswertephase ergänzt. Ziel ist es, bestehende Datensätze auszuwerten und in INSPIRE-konformen Formaten zur Verfügung zu stellen. Die Ergebnisse werden über das BGR-Geoportal als Download zur Verfügung gestellt und sind über den BGR-Geoviewer visualisierbar. Ferner sind die Daten auch in einem Fachinformationssystem (https://fis-gp.liag-hannover.de/) abgelegt.
Die Kenntnis des nahen Untergrundes zwischen Oberfläche und hundert Metern Tiefe ist eine wesentliche Grundvoraussetzung in vielfältigen ökonomischen, ökologischen und geowissenschaftlichen Bereichen: Wassernutzungskonzepte, Bodennutzungsplanung, Industrieplanung, Deponienanlagen, Städteplanung, Verkehrswegebau, Bergbau, Renaturierungsmaßnahmen, Naturschutzgebietserweiterung, Überschwemmungsflächenausweisung und vieles mehr sind auf das Wissen um den Aufbau und die Beschaffenheit der oberen Erdschichten angewiesen.
Bislang wurden solche Kartierungen lokal bis regional mit bodengestützten Verfahren in der Regel nur dort durchgeführt, wo gesetzliche Vorschriften solche Untersuchungen vorschrieben oder besondere geowissenschaftliche Studien durchgeführt wurden. Über die Gesamtheit der Fläche der Bundesrepublik Deutschland betrachtet ist ein solches Vorgehen im Vergleich zu aerogeophysikalischen, flächendeckenden Befliegungen bruchstückhaft und wenig effizient. Insbesondere geht die flächige Verknüpfung der Daten verloren, die in vielen Bereichen grundlegend ist: So kann zum Beispiel eine Änderung in der Bodennutzung auch Änderungen im Wasserhaushalt zur Folge haben, die Änderung im Grundwasserpegel ist wiederum wichtig für Städte- oder Verkehrswegeplanung.
Neben den enormen Vorteilen für nahezu jede Art von Flächenplanung und größeren Tiefbauaktivitäten bietet D-AERO eine große Chance für die deutschen Geowissenschaften: In den ersten hundert Metern finden die wesentlichen Austausch- und Transportprozesse statt für Salze und andere Mineralien, Düngemittel, Schadstoffe usw. Zudem können aus dem Aufbau der obersten Deckschichten Informationen, zum Beispiel über den sedimentären Aufbau von Beckenstrukturen, gewonnen werden.
Nimmt man zu den Tiefendaten eine hoch auflösende Oberflächendarstellung der Bundesrepublik hinzu ist es weiterhin möglich, Daten der Oberflächenstruktur mit denen des Untergrundes zu koppeln. Damit kann das schon vorhandene Aussagepotential der geophysikalischen Kartierung des Untergrundes noch erweitert werden. Ein dreidimensionales Geoinformationssystem für die Oberfläche und nahen Untergrund ist ein ideales Raumplanungswerkzeug, das neben geologisch-geophysikalischen Basisinformationen auch zeitlich-räumliche Änderungen in den Oberflächendaten dokumentieren kann.
Aerogeophysik-Messgebiete der BGR in Norddeutschland
In der Bundesrepublik liegen hoch auflösende aerogeophysikalische Vermessungen nur in einzelnen Gebieten vor, die sich überwiegend in Norddeutschland befinden und sukzessive zusammengefügt werden. Die BGR bietet seit 2007 eine weitere beispielhafte Vermessungen mit ihrem Hubschraubermesssystem an, um die Aerogeophysik für weitere thematische Kartierungen auch außerhalb der norddeutschen Ebene erproben zu können.
Eine besonders geeignete Methode zur Kartierung der oberen hundert Meter des Untergrundes ist die Aeroelektromagnetik, mit der die Tiefenlage von Leitfähigkeitsstrukturen im Untergrund bestimmt und für eine geologische Interpretation bereitgestellt werden. Damit können Grundwassersysteme, Tonlagen, Versalzungen und weitere Untergrundstrukturen kartiert werden.
Die Aeromagnetik kann insbesondere tiefer gelegene Gesteinsstrukturen unterschiedlicher Magnetisierung wie Sediment- gegen Granitgestein, regionale Störungssysteme wie den Rheingraben und oberflächennahe Deponien für metallische Altlasten und ähnliche Strukturen kartieren.
Die Aeroradiometrie erfasst die künstliche und natürlich Gammastrahlung und kann z.B. zur Unterscheidung verschiedener Bodenarten genutzt werden. Sie bietet sich damit insbesondere für den Vergleich und die Verschneidung mit hoch auflösenden Satellitenbildern an. Bei Wiederholungsflügen kann unter anderem auch der Grad der Bodendurchfeuchtung im Vergleich zu früheren Daten erfolgen.
Zusammen mit weiteren geophysikalischen oder geologischen Kenntnissen über den Untergrund kann eine Interpretation über den Aufbau und das Verhalten des Untergrunds abgeleitet werden, je nach Fragestellung in verschiedenen Anwendungsbereichen:
Grundwasserkartierung,
Bestimmung von Salz-/Süßwassergrenzen,
Kartierung von Salzwasseraufstiegszonen,
Kontrolle großer Deichanlagen,
Kartierung von Störungszonen im Festgestein,
geologische Kartierung des flachen Untergrundes,
Bestimmung der Locker-/Festgesteinsgrenze,
Lokalisation von Altlasten, Deponiekartierung, Deponiesickerwässer,
Erkundung und Überwachung von Altlasten,
Standorterkundung und Baugrunduntersuchungen von großtechnischen Anlagen,
ingenieurgeologische Erkundung für Verkehrswegen und Trassenbau,
Lagerstättenexploration,
Erkundung mineralischer und nicht-mineralischer Rohstoffe,
Costabel, S., Siemon, B., Houben, G. & Günther, T., 2017. Geophysical investigation of a freshwater lens on the island of Langeoog: Insights from combined HEM and MRS data. Journal of Applied Geophysics, 136, 231-245, doi: 10.1016/j.jappgeo.2016.11.007.
Siemon, B., Christiansen, A.V. & Auken, E., 2009. A review of helicopter-borne electromagnetic methods for groundwater exploration. Near Surface Geophysics, 7, 629-646, doi: 10.3997/1873-0604.2009043.
Siemon, B., Costabel, S., Voß, W., Meyer, U., Deus, N., Elbracht, J., Günther, T. & Wiederhold, H., 2015. Airborne and ground geophysical mapping of coastal clays in Eastern Friesland, Germany. Geophysics, 80 (3), WB21-WB34, doi: 10.1190/GEO2014-0102.1.
Siemon, B., Ibs-von Seht, M. Steuer, A., Deus, N. & Wiederhold, H., 2020. Airborne electromagnetic, magnetic, and radiometric surveys at the German North Sea Coast applied to groundwater and soil investigations. Remote Sensing, 12(10), 1629, doi: 10.3390/rs12101629
Siemon, B., Steuer, A., Deus, N. & Elbracht, J., 2018. Comparison of manually and automatically derived fresh-saline groundwater boundaries from helicopter-borne EM data at the Jade Bay, Northern Germany. E3S Web of Conferences, 54, 00032, 6p, doi: 10.1051/e3sconf/20185400032.
Steuer, A., Siemon, B. & Auken, E., 2009. A comparison of helicopter-borne electromagnetics in frequency- and time-domain at the Cuxhaven valley in Northern Germany. Journal of Applied Geophysics, 67 (3), 194-205. doi: 10.1016/j.jappgeo.2007.7.001.
Sulzbacher, H., Wiederhold, H., Siemon, B., Grinat, M., Igel, J., Burschil, T., Günther, T. & Hinsby, K., 2012. Numerical modelling of climate change impacts on freshwater lenses on the North Sea Island of Borkum using hydrological and geophysical methods. Hydrol. Earth Syst. Sci., 16, 3621–3663, doi: 10.5194/hess-16-3621-2012 (online: http://www.hydrol-earth-syst-sci.net/16/3621/2012/hess-16-3621-2012.pdf).
Wiederhold, H., Scheer, W., Sulzbacher, H., Siemon, B. & Kirsch, R., 2015. Nordseeinseln im Klimawandel – die Nordfriesische Insel Föhr und die Ostfriesische Insel Borkum, In: Tillmann, T. (ed.), Aktuelle Küstenforschung an der Nordseeküste, Coastline Reports 25, 45-58.
Tagungsbeiträge
Ibs-von Seht, M. & Siemon, B., 2010. Hochaufgelöste aeromagnetische Messungen im Elbe-Weser-Küstenraum. Poster, 70. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 15.–18.3.2010, Bochum, GG-P07.
Schaumann, G., Steuer, A., Siemon, B., Wiederhold, H. & Binot, F., 2010. Die deutsche Nordseeküste im Fokus aeroelektromagnetischer Untersuchungen, Teilgebiete Langeoog mit Wattenmeer und Elbemündung. In: Ritter, O. & Weckmann, U. (Ed) Proceedings of the 23rd Schmucker-Weidelt-Colloquium for Electromagnetic Depth Research, Potsdam, ISSN 0946-7467, 177-187.
Siemon, B., Wiederhold, H., van Baaren, E., Dabekaussen, W., Ullmann, A., Steuer, A., Delsman, J. & Gunnink, J., 2017. Regionale Grundwassererkundung an der Nordseeküste mit der Hubschrauberelektromagnetik. In: Becken, M. & Hölz, S. (Hrsg.), Protokoll über das 27. Schmucker-Weidelt-Kolloquium für Elektromagnetische Tiefenforschung, Breklum, 25.-29. September 2017, 108.
Steuer, A., Siemon, B. & Grinat, M., 2010. The German North Sea Coast in Focus of Airborne Electromagnetic Investigations: The Freshwater Lenses of Borkum. In: Ritter, O. & Weckmann, U. (Ed) Proceedings of the 23rd Schmucker-Weidelt-Colloquium for Electromagnetic Depth Research, Potsdam, ISSN 0946-7467, 188-197.
Steuer, A., Siemon, B., Schaumann, G., Wiederhold, H., Meyer, U., Pielawa, J., Binot, F. & Kühne, K., 2009. The German North Sea Coast in Focus of Airborne Geophysical Investigations. – AGU Fall Meeting 2009, San Francisco, USA.
Wiederhold, H., Binot, F., Kühne, K., Meyer, U., Siemon, B. & Steuer, A., 2008. Airborne geophysical investigation of the German North Sea Coastal Area. – 20th Salt Water Intrusion Meeting 2008, Naples, USA.
Technische Berichte
(Stehen auch über das BGR-Geoportal zum Download bereit.)
Das BGR-Projekt D-AERO hat in Zusammenarbeit mit den Staatlichen Geologischen Diensten und Forschungseinrichtungen das Ziel, durch Setzung von inhaltlichen und regionalen Schwerpunkten vorhandene Messgebiete zusammenzuführen und durch neue Befliegungen mit den drei gleichzeitig eingesetzten Methoden Aeroelektromagnetik, Aeromagnetik und Aeroradiometrie bei Bedarf zu ergänzen. Der aktuelle Schwerpunkt liegt an der Nordseeküste, wo u.a. die Ausbreitung der Grundwasserversalzung untersucht wird.
Für die beiden im Mai 2014 beflogenen Messgebiete Jever (133) und Varel (139) westlich und südlich des Jadebusens liegen bereits erste vorläufige Ergebnisse vor. Hierzu wurden die Rohdaten der Elektromagnetik in Halbraumwiderstände für jede der sechs eingesetzten Messfrequenzen im Bereich von 386 Hz bis 130 kHz transformiert (Siemon et al., 2009). Zusammen mit den bereits in den Jahren 2008 bis 2010 beflogenen benachbarten Gebieten (Langeoog (128), Esens (129) und Nordenham (138) ist eine Übersichtskarte (siehe Abbildung) erstellt worden. Die Ergebnisse der Hubschrauberelektromagnetik (HEM) decken lithologische Strukturen wie Sand (blau) und Ton (gelb) sowie Grundwasserversalzungen (rot) auf. Zusätzlich konnte auch ein im Nationalpark Niedersächsisches Wattenmeer liegendes Gebiet im südlichen Teil des Jadebusens beflogen werden, wofür die Nationalparkverwaltung eine Genehmigung erteilte mit der Auflage, mindestens 200 m Abstand zu den Brutgebieten in den Salzwiesen einzuhalten. Dieses Gebiet wurde bei Niedrigwasser beflogen, um den abschirmenden Effekt des Salzwassers zu reduzieren. Bereits die vorläufigen Ergebnisse liefern Hinweise auf ehemalige Inseln und mögliche submarine Süßwasseraustritte ins Wattenmeer.
Karte der Halbraumwiderstände bei f = 8 kHz auf topografischer Karte DTK 1000 (BKG)
Siemon, B., Christiansen, A.V. & Auken, E., 2009. A review of helicopter-borne electromagnetic methods for groundwater exploration. – Near Surface Geophysics, 7, 629–646
Kartierung der elektrischen Leitfähigkeitsverteilung zwischen Hamburg und Elbmündung
Dokumenttyp:
Projektbeitrag
Hubschrauberelektromagnetische (HEM) Untersuchungen bieten ein großes Potential für die flächendeckende Kartierung der Sedimente der ersten hundert Metern des Untergrundes. Sie sind für hydrogeologische Fragestellungen von großer Bedeutung, da mit Hilfe der hierbei bestimmten spezifischen Widerstandsmodelle die Verteilung sandiger und tonhaltiger Sedimente im Untergrund, sowie Versalzungszonen und Süßwasserbereiche in bis zu 150 m Tiefe ermittelt werden können.
In den Jahren 2008 und 2009 wurden im Rahmen der Projekte „D-AERO“ der BGR und „Flächenhafte Befliegung“ des Leibniz-Instituts für Angewandte Geophysik (LIAG) aerogeophysikalische Erkundungen zu Salz-/Süßwasserfragestellungen in verschiedenen Messgebieten im Bereich der deutschen Nordseeküste durchgeführt.
Eines dieser Messgebiete umfasst den Bereich der Elbmündung nordwestlich von Hamburg. Hier sollten die grundwasserführenden Schichten und mögliche Versalzungszonen kartiert werden. Es wird vermutet, dass sich der Elbwasserstand in diesem Gebiet erhöhen könnte, was eine Intrusion von Brackwasser in die Süßwasseraquifere nach sich ziehen würde. Mit hydraulischen Strömungsmodellen können solche Fragestellungen untersucht werden. Bereits vorhandene geologische Informationen können mit Hilfe von elektrischen Leitfähigkeitsmodellen der HEM flächenhaft zu einem geologischen Strukturmodell ergänzt werden. Wird dieses dann mit hydraulischen Parametern belegt, kann es als Grundlage für eine hydraulische Modellierung dienen. Ein Teil der HEM-Daten ist auf diese Weise in das BMBF-Projekt KLIMZUG-NORD eingeflossen.
Die Karten des scheinbaren spezifischen Widerstands (Kehrwert der elektrischen Leitfähigkeit) und der Schwerpunktstiefe von drei der sechs gemessenen Frequenzen geben einen ersten Überblick über die Leitfähigkeitsstruktur im Messgebiet (Abbildungen). Die Erkundungstiefe steigt mit kleiner werdenden Frequenzen und erreicht bis zu 160 m (380 Hz). Die hochohmigen pleistozänen Moränen-Sedimente des höher gelegenen Geestrückens grenzen sich deutlich gegen die gutleitenden Marsch-Sedimente ab (133 kHz und 8 kHz).
Schwerpunktstiefe für die Messfrequenz 380 Hz, Messgebiet Glückstadt
Weiterführende Literatur
Steuer, A., Siemon, B., Ibs-von Seht, M., Meyer, M. & Wiederhold, H., 2012. Helicopter-borne electromagnetics (HEM) at the Elbe estuary in Northern Germany. – Proceedings of the 24th Schmucker-Weidelt-Colloquium for Electromagnetic Depth Research, Neustadt/Weinstr., Germany, 19.-23.09.2011, ISSN 0946-7467, 256-265.
Das BGR-Projekt D-AERO hat in Zusammenarbeit mit den Staatlichen Geologischen Diensten und Forschungseinrichtungen das Ziel, durch Setzung von inhaltlichen und regionalen Schwerpunkten vorhandene Messgebiete zusammenzuführen und durch neue Befliegungen bei Bedarf zu ergänzen. Der aktuelle Schwerpunkt liegt an der Nordseeküste, wo u.a. die Ausbreitung der Grundwasserversalzung untersucht wird.
Die Ergebnisse der drei gleichzeitig eingesetzten Methoden Aeroelektromagnetik, Aeromagnetik und Aeroradiometrie sind für mehrere Messgebiete in Ostfriesland (Abb. 1), die in den Jahren 2008 bis 2009 mit dem Hubschrauber der BGR beflogen worden sind, zu gemeinsamen Übersichtskarten (Abb. 2) zusammengestellt worden. Hierfür wurden zunächst die Ergebnisse der Befliegungen Langeoog (128) und Esens (129) kombiniert, die zusammen mit dem Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik (LIAG) durchgeführt wurden (Wiederhold et al., 2010).
Insbesondere die Ergebnisse der Hubschrauberelektromagnetik (HEM) decken lithologische Strukturen sowie Grundwasserversalzungen auf (Siemon et al., 2009). Die Halbraumwiderstände ρa, abgeleitet von hochfrequenten HEM-Daten (f = 41 kHz, Abb. 2, links), d. h. für die oberflächennahen Bereiche, grenzen auf den Inseln Langeoog und Spiekeroog die Süßwasserlinsen ab und zeigen auf dem Festland die Süßwasservorkommen im eher sandigen Untergrund durch hohe Halbraumwiderstände (blau) an, während die tonigen Bereiche durch eher niedrige Halbraumwiderstände (gelb) charakterisiert sind. Im Watt, das bei Ebbe beflogen worden ist, treten sehr niedrige Halbraumwiderstände auf, besonders im Bereich der Priele (violett). Bei tiefen Frequenzen (z. B. bei f = 2 kHz, Abb. 2, rechts), d. h. in größerer Tiefe (>30 m auf den Inseln und dem Festland, >10 m im Watt), treten Änderung vor allem bei den Inseln (gelbe Farben deuten den unteren, brackigen Teil der Süßwasserlinsen an) und im Watt (gelbe Farben deuten den geringeren Salzgehalt im Grundwasser an) auf. Aber auch entlang der Küste ist die klare Abgrenzung der mit Salzwasser bzw. Süßwasser gesättigten Sedimente aufgehoben und es erscheinen N–S verlaufende Schlieren, die den unterschiedlichen Grad der Versalzung andeuten.
Abb. 1: Aerogeophysikalische Messgebiete in Ostfriesland
Abb. 2: Halbraumwiderstände bei f = 41 kHz (links) und f = 2 kHz (rechts) auf topografischer Karte (BKG)
Siemon, B., Christiansen, A.V. & Auken, E., 2009. A review of helicopter-borne electromagnetic methods for groundwater exploration. – Near Surface Geophysics, 7, 629–646
Wiederhold, H., Siemon, B., Steuer, A., Schaumann, G., Meyer, U., Binot, F.& Kühne, K., 2010. Coastal aquifers and saltwater intrusions in focus of airborne electromagnetic surveys in Northern Germany. 21th Salt Water Intrusion Meeting 2010, Azores, Portugal.
Aerogeophysikalische Kartierung im Weser-Elbe-Gebiet
Dokumenttyp:
Projektbeitrag
Das BGR-Projekt D-AERO hat in Zusammenarbeit mit den Staatlichen Geologischen Diensten und Forschungseinrichtungen das Ziel, durch Setzung von inhaltlichen und regionalen Schwerpunkten vorhandene Messgebiete zusammenzuführen und durch neue Befliegungen bei Bedarf zu ergänzen. Der aktuelle Schwerpunkt liegt an der Nordseeküste, wo u.a. die Ausbreitung der Grundwasserversalzung untersucht wird.
Die Ergebnisse der drei gleichzeitig eingesetzten Methoden Aeroelektromagnetik, Aeromagnetik und Aeroradiometrie sind für mehrere Messgebiete im Weser-Elbe-Gebiet, die in den Jahren 2000 bis 2010 mit dem Hubschrauber der BGR mit verschiedenen Messsystemen beflogen worden sind (Abb. 1), zu gemeinsamen Übersichtskarten (Abb. 2) zusammengestellt worden (Siemon et al., 2012a,b). Hierfür wurden die Ergebnisse aus 2000-2005 (Siemon et al., 2004; Wiederhold et al., 2008) mit neueren Befliegungen aus 2008-2010 kombiniert, die zusammen mit dem Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik (LIAG) durchgeführt wurden (Wiederhold et al., 2010). Diese Zusammenstellung ermöglicht es, großflächig zusammenhängende lithologische Strukturen sowie Grundwasserversalzungen aufzudecken. Letzteres gelingt insbesondere mit den Ergebnissen der Hubschrauberelektromagnetik (Siemon et al., 2009). Das Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG) beabsichtigt, diese Daten ab 2014 für eine Detailauswertung der Grundwasserversalzung zu nutzen. Auch werden diese Daten genutzt, um geologische Modelle aufzubauen und interaktiv zu verbessern (Rumpel et al., 2009; Steinmetz et al., 2012).
Aerogeophysikalische Ergebnisse
Radiometrie: Hohe natürliche Gammastrahlung der Erdoberfläche (rote Bereiche bei Kalium K in Abb. 2d) zeigt die marinen Sedimente der Marschen an (Abb. 2a,c). Sande korrelieren mit geringerer Strahlung (gelb bis grün) und Hochmoore mit sehr geringer Strahlung (blau). Diese prinzipiellen Ergebnisse werden durch die entsprechenden Konzentrationen von Thorium eTh und Uran eU sowie durch die Totalstrahlung und der Strahlungsrate, abgeleitet aus K, eTh und eU, bestätigt.
Elektromagnetik: Halbraumwiderstände ρa, abgeleitet von hochfrequenten EM-Daten (f = 41 kHz, Abb. 2e), korrelieren ebenfalls mit der geologischen Karte (Abb. 2c) und zeigen – mit zunehmendem Tongehalt (blau bis orange) – Sand, Geschiebemergel und Ton, aber sie zeigen auch Bereiche (rot), in denen das Grundwasser oberflächennah (<10 m) in Übereinstimmung mit Grube et al. (2000) versalzen erscheint (Abb. 2b) oder wo Deponien existieren. Bei tiefen Frequenzen (z. B. bei f = 1,8 kHz, Abb. 2f), d. h. in größerer Tiefe (>30 m), werden Grundwasserversalzungen sowie quartäre Rinnen (tonige Füllung bei etwa 40 m Tiefe) durch niedrige und mittlere Halbraumwiderstände (gelb) angezeigt.
Magnetik: Die Anomalien des Erdmagnetfeldes ΔT werden in der Regel genutzt, um Strukturen in der Erdkruste zu interpretieren. Zusätzlich zu den Informationen über das mehrere Kilometer tiefe Norddeutsche Becken (Abb. 2g) zeigen die hochpass-gefilterten (Grenzwellenlänge: 5 km) magnetischen Daten (ΔTHP) laterale Änderungen der flachen, schwach magnetisierten Sedimente, die oft mit den Rändern der quartären Rinnen oder Salzstöcke korrelieren (rote Doppellinien, Abb. 2h).
Abb. 1: Aerogeophysikalische Messgebiete im Weser-Elbe-Gebiet
S.Grube, A., Wichmann, K., Hahn, J. & Nachtigal, K-H., 2000. Geogene Grundwasserversalzung in den Poren- Grundwasserleitern Norddeutschlands und ihre Bedeutung für die Wasserwirtschaft (Band 9), DVGW-Technologiezentrum Wasser (ed), Karlsruhe.
Rumpel, H.-M., Binot, F., Gabriel, G., Siemon, B., Steuer, A. & Wiederhold, H., 2009. The benefit of geophysical data for hydrogeological 3D modelling - an example using the Cuxhaven buried valley. Z. dt. Ges. Geowiss, 160(3), 259-269.
Siemon, B., Christiansen, A.V. & Auken, E., 2009. A review of helicopter-borne electromagnetic methods for groundwater exploration. – Near Surface Geophysics, 7, 629–646.
Siemon, B., Eberle, D. & Binot, F., 2004. Helicopter-borne electromagnetic investigation of coastal aquifers in North-West Germany. Zeitschrift für Geologische Wissenschaften, 32, 385-395.
Siemon, B., Steuer, A., Ibs-von Seht, M., Voß, W., Meyer, U. & Wiederhold, H., 2012a. Combination of Airborne Geophysical Surveys at the Estuaries of the Weser and Elbe Rivers in Northern Germany. In: Proceedings of 18th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics – Remote Sensing Workshop, 3.-5.9.2012, Paris, France, RS30, 5 pp.
Siemon, B., Steuer, A., Ibs-von Seht, M., Voß, W., Miensopust, M.P., Meyer, U. & Wiederhold, H., 2012b. Aerogeophysikalische Untersuchungen in der Weser-Elbe-Region. In: Kümpel, H.-J., Röhling, H.-G. & Steinbach, V. (Hrsg.) GeoHannover 2012 – Rohstoffe für das 21. Jahrhundert. Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften (SDGG), Heft 80, Hannover, 476.
Stackebrandt, W., Ludwig, A. O. & Ostaficzuk, S., 2001. Base of Quaternary deposits of the Baltic Sea depression and adjacent areas. Brandenburgische Geowiss. Beitr. 1/2001, 13–19.
Steinmetz, D., Winsemann, J., Menzel, P., Ullmann, A., Siemon, B., Brandes, C., Götze, H.-J., Meyer, U. & Wiederhold, H., 2012. Enhancing the quality of 3D subsurface models by integrating geophysical data sets. In: Kümpel, H.-J., Röhling, H.-G. & Steinbach, V. (Hrsg.) GeoHannover 2012 – Rohstoffe für das 21. Jahrhundert. Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften (SDGG), Heft 80, Hannover, 298.
Wiederhold, H., Rumpel, H.-M., Auken, E., Siemon, B., Scheer, W. & Kirsch, R., 2008. Geophysikalische Verfahren zur Erkundung und Charakterisierung von Grundwasserleitern in Quartären Rinnen. Grundwasser, 13, 68–77.
Wiederhold, H., Siemon, B., Steuer, A., Schaumann, G., Meyer, U., Binot, F.& Kühne, K., 2010. Coastal aquifers and saltwater intrusions in focus of airborne electromagnetic surveys in Northern Germany. 21th Salt Water Intrusion Meeting 2010, Azores, Portugal.
Aerogeophysikalische Erkundung des Ahlen-Falkenberger Moores
Dokumenttyp:
Projektbeitrag
Moore besitzen für den Klimaschutz eine große Bedeutung, da intakte Moorböden aktive Kohlenstoff-Speicher sind. Somit ist es wichtig, Ausdehnung und Mächtigkeit von Mooren gut zu kennen. Aufgrund der Vielzahl von Mooren – insbesondere in Niedersachsen – ist es kaum möglich, alle notwendigen Messungen in-situ vorzunehmen. Alternativen bieten fernerkundliche und geophysikalische Verfahren, die seit einiger Zeit auf ihre Anwendbarkeit bei der Erkundung von Mooren untersucht werden. Insbesondere aerogeophysikalische Verfahren kombinieren die Vorzüge von Fernerkundung und Geophysik hinsichtlich einer schnellen Erkundung des Untergrundes.
Lageskizze des Ahlen-Falkenberger Moores (schwarz umrandete Fläche) im Messgebiet Hadelner Marsch (rot schraffierte Fläche)
Auf Basis von neubearbeiteten Daten aus dem Messgebiet Hadelner Marsch aus dem 2004 (Siemon et al., 2019a) wurde das Gebiet um das Ahlen-Falkenberger Moor erkundet. Dieses Hochmoor südöstlich von Cuxhaven ist bereits mehrfach untersucht worden (Schneekloth, 1970, Frank et al., 2014) und es liegen zahlreiche Bohrungen des Niedersächsischen Landesamtes für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG) aus dem Jahr 2007 vor. Es konnte gezeigt werden, dass mit aeroradiometrischen und aeroelektromagnetischen Verfahren Ausdehnung und Mächtigkeit eines Hochmoores bestimmt werden können (Siemon et al., 2019b,c,d, 2020).
Die laterale Abgrenzung von Mooren geling sehr gut mit den Daten der Radiometrie (Ionendosisleistung), da sich die Moorgebiete durch sehr niedrige Strahlungswerte (Ionendosisleistung < 1 µR/h) von der Umgebung abheben. Jedoch ist eine klare Trennung zwischen Hoch- und Niedermoor sowie zu den offenen Gewässern schwer möglich. Durch Hinzunahme der Geländehöhe (> 0,5 m NHN) als weiteren Auswahlparameter lässt sich der Hochmoorbereich aber zufriedenstellend abgrenzen.
Die vertikale Abgrenzung mit den Daten der Radiometrie ist nur relativ möglich, d. h. es ist eine Skalierung notwendig. Dieser für das gesamte Moorgebiet als konstant angenommene Proportionalitätsfaktor kann direkt aus dem Vergleich mit den Torfmächtigkeiten in den Bohrungen oder aus anderen Informationen über die Torfmächtigkeit gewonnen werden, z. B. aus den Ergebnissen der Aeroelektromagnetik.
Die Analyse der Daten der Aeroelektromagnetik zeigt, dass bei hohen Messfrequenzen, die die oberflächennahen Bereiche besser auflösen, zwar eine Abhängigkeit von der Moormächtigkeit, aber keine klare Korrelation besteht. Daher werden die Daten aller Messfrequenzen herangezogen, um daraus relativ glatte Inversionsmodelle für den spezifischen Widerstand zu berechnen. In diesen Modellen bildet sich die dünne Torfschicht (im Mittel etwa 3 m mächtig) gegenüber dem Liegenden (überwiegend Sande) durch geringere spezifische Widerstände (im Mittel etwa 40 Ωm) ab.
Der Vergleich von aerogeophysikalisch gewonnenen Moormächtigkeiten (Kombination aus Aeroradiometrie und Aeroelektromagnetik) mit den Ergebnissen von etwa 100 Bohrungen ist im Mittel sehr gut (Abweichung = -0,1 ± 1,1 m). Es treten aber lokal (an 5 % der Bohrlokationen) auch Abweichungen von über 2 m auf. Hier muss berücksichtigt werden, dass relativ glatte Flächendaten (Aerogeophysik) mit Punktdaten (Bohrungen) verglichen werden. Letztere können ganz lokale Gegebenheiten widerspiegeln und somit von der Umgebung abweichen. Aus den Ergebnissen der Elektromagnetik lassen sich auch Informationen über den Mooruntergrund (Sand bzw. Ton) ableiten.
Moormächtigkeit aus Aerogeophysik (Karte) und Bohrungen (Kreise). Rot umrandete Bohrungen haben Ton- oder Schluff im Liegenden, schwarze Kreise weisen auf Abweichungen >2 m hin
Weiterführende Literatur
Frank, S., Tiemeyer, B., Gelbrecht, J. & Freibauer, A., 2014. High soil solution carbon and nitrogen concentrations in a drained Atlantic bog are reduced to natural levels by 10 years of rewetting. Biogeosciences, 11, 2309–2324, doi: 10.5194/bg-11-2309-2014.
Schneekloth, H., 1970. Das Ahlen-Falkenberger Moor – Eine moorgeologische Studie mit Beiträgen zur Altersfrage des Schwarz-/Weißtorfkontaktes und zur Stratigraphie des Küstenholozäns. Geologisches Jahrbuch, 89, 63–96, Hannover.
Siemon, B., Ibs-von Seht, M. & Pielawa, J., 2019a. Ergänzung zum Technischer Bericht – Neuauswertung der Befliegung Hadelner Marsch 2004. BGR-Bericht, Archiv-Nr. 0135485, Hannover.
Siemon, B., Ibs-von Seht, M. & Frank, S., 2019c. Airborne electromagnetic and radiometric peat mapping – A case study from a bog in Germany. In: Proceedings of Near Surface Geoscience 2019, 8.-12.9.2019, The Hague, The Netherlands, 5pp., doi: 10.3997/2214-4609.201902430.
