Einführung

Die Abbildung des Erdinneren war schon immer eine der wichtigsten Herausforderungen in den Geowissenschaften, da sie eine Voraussetzung für das Verständnis der internen Dynamik unseres Planeten und der Kopplung zwischen seiner inneren und äußeren Hülle ist. Messungen der Schwere bzw. des Schwerefeldes in verschiedenen Höhen (Beobachtungen auf dem Erdboden, in der Luft und im Weltraum) sind ein einzigartiges bildgebendes Instrument, da sie direkte Informationen über Massenänderungen auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen liefern. Nach jahrzehntelanger Forschung, Entwicklung und industriellem Transfer ist es mit Quantentechnologie nun möglich, einsatzfähige Quantengravimeter zu bauen, die gegenüber bisher verwendeten Geräten vielerlei Vorteile bieten.

Projektziele

Passend zu dem Ziel der EU, ihre strategische Autonomie und Wettbewerbsfähigkeit zu stärken, wurde das aus einem Konsortium von 20 Partnern (11 europäischen Ländern) bestehende Projekt EQUIP-G ausgewählt, um ein Netzwerk aus Quantengravimetern in Europa zu entwickeln und aufzubauen.

Dies stellt den ersten Schritt zum Aufbau des terrestrischen Segments der gesamteuropäischen Quantengravimetrie-Infrastruktur dar. Ein gemeinsamer, EU-weiter Instrumentenpark, bestehend aus Quantengravimetern, dualen Quanten-Gravi-Gradiometern sowie eines Onboard-Quantengravimeters, stellt das zentrale Element dieser Infrastruktur dar. Umfangreiche Tests der Geräte dieser neuen Technologie sind geplant, sowie viele Einsätze in verschiedensten, angewandten Feldmessungen. EQUIP-G wird so durch innovative Messstrategien die Fähigkeit des Quantengravimeternetzwerkes aufzeigen, einen Beitrag zu EU-Prioritäten wie Green Deal, Energiemanagement und Risikominimierung zu leisten. Involvierte Partner der Metrologie stellen sicher, dass alle gesammelten Quantengravitationsdaten mit dem SI-System verbunden sind. Generell werden alle Daten unter Einhaltung der FAIR-Grundsätze und mit einer langfristigen Perspektive verwaltet, u.a mit dem Ziel einen “Technical Core Service” für Gravimetrie innerhalb von EPOS aufzubauen. EQUIP-G hat desweiteren einen starken Fokus auf “Community Building”, der darauf abzielt die gesamte europäische Gemeinschaft der Gravimetrie in die Entwicklung der langfristigen Infrasturktur eines Instrumentenparks mit einzubeziehen. Das Ziel ist auch, nach Projektende die Nutzung der in Europa hergestellten Quantengravimeter einer großen Gruppe von Institutionen unkompliziert bereitstellen zu können.

Aktivitäten unter der Leitung von GFZ Hydrologie

Die GFZ-Sektion „Hydrologie“ spielt in EQUIP-G eine wichtige Rolle und wird 2 von insgesamt 8 use cases koordinieren und leiten, die den Konzeptnachweis sowie den Nutzen dieser neuen Technologie für die angewandte Forschung, aber auch für gesellschaftliche Herausforderungen in einer längeren Perspektive, demonstrieren werden.

Am Observatorium Wettzell (Bayern, Deutschland) wird ein künstliches Beregnungsexperiment mit 4 Quantengravimetern im Feld durchgeführt. Nach einer kurzen aber intensiven künstlichen Bewässerung werden die Instrumente für 2 bis 3 Monate am selben Ort verbleiben und den natürlichen Umweltbedingungen ausgesetzt sein. Hierfür werden am GFZ spezielle Feldgehäuse entwickelt. Ziel dieses use cases ist es, die Wasserflussdynamik in der oberen ungesättigten Bodenzone, den an der Bodenoberfläche hydrologischen Austausch (z.B. Evapotranspiration) sowie die Versickerung in größere Tiefen (z.B. Grundwasserneubildung) zu messen und zu verstehen.

Rund um das Felslabor in Mont Terri (Jura, Schweiz) wird ein Netz von mehreren Quantengravimetern sowohl in unterirdischen Tunneln als auch an der Oberfläche installiert. Ziel ist es hier, den Mehrwert dieser Geräte in einem Netzwerkaufbau zu untersuchen und aus geowissenschaftlicher Sicht ihr Potenzial für die Überwachung von hydrogeologischen Prozessen und Gesteinseigenschaften zu prüfen.

Darüber hinaus wird Marvin Reich das EQUIP-G-Arbeitspaket „Community Building“ leiten. Diese Aktivität ist auf den Aufbau einer belastbaren und aktiven Gemeinschaft in ganz Europa mit einer Vielzahl von Mitgliedern (WissenschaftlerInnen, politische EntscheidungsträgerInnen, Unternehmen, InteressenvertreterInnen) zugeschnitten, um die Zusammenarbeit zu fördern und diese neue Technologie unter zahlreichen Gesichtspunkten voranzubringen: Anstoßen von instrumentellen Weiterentwicklungen, Förderung des wissenschaftlichen Austauschs, Möglichkeit der Nutzung von Quantengravimetern des EQUIP-G-Instrumentenparks durch jedewede gemeinnützige Organisation in Europa, Aufbau von open-data und open-software Lösungen einschließlich eines neuen Technical Core Service im Rahmen von EPOS und vor allem die Ermöglichung lebhafter und zukunftsorientierter Diskussionen zu diesem Thema mit allen interessierten TeilnehmernInnen.

Darüber hinaus wird die GFZ-Sektion „Geophysikalische Abbildung des Untergrunds“ in Krafla (Island) einen weiteren use case zu möglichen Anwendungen im Bereich der Geothermie organisieren.