Das Supraleitgravimeter auf der Zugspitze misst die zeitlichen Variationen der Schwerebeschleunigung kontinuierlich und hochgenau. In einem Forschungsprojekt mit dem Namen G-MONARCH werden gravimetrische Verfahren eingesetzt, um das Verständnis über den alpinen Wasserhaushalt am Beispiel der Zugspitze zu verbessern. G-MONARCH steht für „Gravity-MONitoring for Alpine Research Catchment Hydrology“. Durch die Analyse der Schwerkraft (engl. gravity) werden Aussagen über die ihr zugrundeliegenden Massen und ihre Veränderungen möglich. 

Das Gebäude auf der Zugspitze, in dem unser Gravimeter steht, ist die ehemalige Höhenstrahlungsmessstation des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik und steht unter Denkmalschutz. Der im Jahr 1963 erbaute futuristische Bau wird auch als "Zahn" oder "U-Boot" bezeichnet.

Das Bild zeigt den Campus des South African Astronomical Observatory circa 350 km nordöstlich von Kapstadt. Hier, bei Sutherland, betreiben wir seit 1998 mit unseren südafrikanischen Partnern das Geodynamische Observatorium SAGOS. Es umfasst u. a. Instrumente zur Messung von Bodenfeuchte und Grundwasserspiegel, von Pulsen des Erdmagnetfeldes und eine Referenzstation für geodätische Satellitendaten. Sehr besonders ist unser Supraleitgravimeter. Es ermöglicht eine äußerst präzise, langzeitstabile und kontinuierliche Aufzeichnung zeitlicher Variationen des Erdschwerefelds, die uns Aufschluss über Massenumverteilungen im gesamten System Erde liefern. Mit diesen langzeitlichen Schweremessungen können wir kleinste geodynamische Signale aufdecken, beispielsweise Ozeangezeiten 3. Grades mit Amplituden im Bereich von nGal (10-11 m/s²). Sie sind Teil des komplexen Gezeitenmusters, das durch den Einfluss der Schwerkraft des Mondes auf die Erde entsteht. Für die hochsensiblen Messungen braucht es extrem stabile Umgebungsbedingungen. Fernab menschlichen Einflusses liegt das Observatorium auf 1755 m Höhe in einem Dark Sky Reservat in der Karoo-Halbwüste. Inmitten des großen Dolorit-Plateaus gibt
es eine nur sehr geringe tektonische Aktivität. Zusätzlichen Schutz bietet der thermisch isolierte, unterirdische Bunker, indem sich die Messkammer befindet. Dieses Jahr zieht unser Supraleitgravimeter übrigens um: Der neue Standort ist in der Vulkaneifel.

Auf dem Bild ist die Satelliten-Empfangsstation in Ny-Ålesund auf Spitzbergen zu sehen. Die beiden Kuppeln sind zwei Antennen. In der Hütte in der Mitte ist die Empfangstechnik untergebracht. Die Station empfängt Daten von Forschungssatelliten in polaren Umlaufbahnen. Ny-Ålesund ist der nördlichste Ort der Welt, der mit regelmäßig verkehrenden Verkehrsmitteln wie Flugzeug und Schiff erreicht werden kann. 

Die aktuell wichtigste Aufgabe der NYA Station ist der Empfang der beiden GRACE Follow On Satelliten (im Orbit seit 2018). Das GFZ ist für den vollständigen Empfang der Satellitendaten verantwortlich, wofür die NYA Station als primäre Empfangsstation der Mission eingesetzt wird.

Hier warten wir eine von zwei Antennen unserer Satelliten-Empfangsstation in NyÅlesund (Spitzbergen, Norwegen). Sie wird dabei von einem Holzgestell gestützt, was uns die Arbeiten erleichtert. Während wir Komponenten wie Computer und Satellitenempfänger immer wieder modernisieren, wird die Antriebstechnik der Antennen nur nach Bedarf überholt. Vom einwandfreien Antrieb hängt viel ab, denn die Antennen erhalten wöchentliche „Fahrpläne“ aus dem GFZ. Daraufhin verfolgen sie aktiv Satelliten, die über die Empfangsstationen fliegen und dabei Daten zur Erde senden. Nach inzwischen rund 20 Betriebsjahren mit durchschnittlich 25 Satellitenkontakten pro Tag gab es deutliche Verschleißerscheinungen. Um die Arbeiten vor Ort erfolgreich durchführen zu können, braucht es auch Improvisationstalent – besonders bei der eisigen Kälte Spitzbergens: Gegen sie schützte uns diesmal ein großer Hüpfball. Wir haben ihn kurzerhand als „Pendeltür“ zum Verschließen des Einstiegs genutzt, denn die Kuppel hat lediglich einen einfachen Außendeckel, der sich nicht von innen aufsetzen lässt. Mit seinem wärmenden Lächeln wurde unser neuer Freund in dem Dörfchen mit seinen – je nach Jahreszeit – 30 bis 150-Einwohnern schnell zum Gesprächsthema.

Korallenmikroatolle sind ideale Indikatoren für relativen Meeresspiegel und speichern Informationen für Meeresspiegeländerungen der Vergangenheit. Korallenkolonien wachsen und überleben in der Nähe des unteren Bereichs der Gezeitenzone. In St. John’s Island and Lazarus Island vor der Küste von Singapur gibt es ein Vorkommen von lebenden und toten Mikroatollen. Idealerweise haben die Korallen mehrere konzentrische Ringe auf ihrer Oberseite, wobei jeder Ring nach dem Absterben eines Teils der Koralle entsteht, welcher einer längeren Exposition bei extremem Niedrigwasser ausgesetzt war. Mithilfe des Alters und der Höhe der Ringe kann der Verlauf des relativen Meeresspiegels Singapurs seit dem 20. Jahrhundert und im mittleren Holozän rekonstruiert werden. 

Meeresspiegelindikatoren wie diese nutzen wir, um unsere Erdsystemmodelle wie gekoppelte Klimamodelle oder Modelle zur Deformation der festen Erde und der damit verbundenen Änderung des relativen Meeresspiegels seit der letzten Eiszeit zu validieren. Das Foto ist im Rahmen eines Field Trips in Anbindug an die World Climate Research Programme (WCRP) Sea Level Konferenz und dem PALSEA Annual Meeting (Paleo Sea Level and Ice Sheets for Earth's Future) entstanden. 

Die Luftaufnahme zeigt den im Extremsommer 2018 fast vollständig ausgetrockneten Polder Zarnekow des TERENO-Nordost Observatoriums bei Dargun, Mecklenburg-Vorpommern. Sie entstand beim Befliegen des Geländes zur Untersuchung des Wasser- und Treibhausgas-Austausches zwischen Erde und Atmosphäre. Das einstige Durchströmungsmoor wurde bereits vor mehr als 200 Jahren erstmals künstlich entwässert. 

Zur Gewinnung von Grünland kam es in den 1960er Jahren zu einer vollständigen Trockenlegung und Umwandlung des Moores. Im Jahre 2004 erfolgte die Wiedervernässung der heute unter Naturschutz stehenden Landschaft. Da Moore bedeutende natürliche Kohlenstoffspeicher darstellen, die große Mengen Treibhausgas zurückhalten können, ist deren Rückgewinnung gleichzeitig als langfristiger Beitrag zum Klimaschutz zu betrachten. Aufgrund der großen Hitze und Trockenheit im Sommer 2018 ist der Polder, der auch ein wichtiges Biotop für Wasservögel darstellt, über mehrere Monate trockengefallen; eine Folge des Klimawandels. Die Konsequenzen für die Weiterentwicklung des Moores und des damit verbundenen Ökosystems sind bisher noch unbekannt.

84,402443°N / 14,675241°E, 10. April 2020, kurz vor ein Uhr in der Nacht: Während der MOSAiC-Expedition im Arktischen Ozean hatte ich Eisbärenwache an unserem Zeltlager. An diesem Abend wollten wir mal etwas anderes sehen als die Polarstern, unser Forschungsschiff, und außerdem ausprobieren, wie es sich draußen bei minus 30°C, auf einer Eisscholle über den Arktischen Ozean treibend, schläft. Dazu sind wir nach dem letzten abendlichen Meeting – ausgerüstet mit Isomatte, Zelt, Schlafsack und heißen Getränken – einige Kilometer übers Packeis gewandert. 

Wir haben uns ein Plätzchen hinter einem Presseis-Rücken gesucht, außerhalb der Sichtweite und vor allem auch der Geräuschkulisse der Polarstern, deren Hilfsdiesel rund um die Uhr Wärme und Strom für Mensch und Maschinen liefern musste. Anfangs durch Bewölkung noch grau und kontrastlos, verwandelte sich die Eislandschaft gegen Mitternacht durch die sich durchsetzende, tief im Norden stehende Sonne in eine endlose Weite aus Weiß, verschiedenen Blautönen und leicht rosa leuchtenden Eisskulpturen. Nur die Kälte trieb einen dann irgendwann in den Schlafsack, wo es wie eine „ganz normale“ Nacht im Zelt schien. Etwas frisch vielleicht, beim nächsten Mal sollte die Isomatte etwas mehr als zwei Zentimeter dick sein.

In unserem GFZ-Teilprojekt der internationalen MOSAiC-Expedition geht es um die biogeochemischen Kreisläufe zwischen Ozean, Eis und Atmosphäre. Dabei schauen wir uns vor allem die Kohlenstoff- und Wärmeflüsse sowie die Methan-Isotopenfraktionierung bei Tau- und Gefrierprozessen an. Unsere Erkenntnisse tragen zu besserem Prozessverständnis in Klimaprojektionen bei und treffen Aussagen darüber, wie sich der Klimawandel auf sensible Elemente des Erdoberflächensystems auswirkt. 

Der etwa 5.600 m hohe Láscar-Vulkan gilt als der aktivste Vulkan im nördlichen Chile. Wir hatten an diesem Tag nur 700 Höhenmeter zum Gipfel zurückzulegen, dennoch war der Aufstieg aufgrund des geringen Luftdrucks sehr kräftezehrend. Zudem hatten wir schwere Messgeräte dabei. Sogar unsere Träger schafften den Aufstieg kaum, sodass wir Wissenschaftler den Weg teils mehrfach gehen mussten und unseren Trägern Geräte und Rucksäcke abnahmen. Oben angekommen wurden wir dann aber alle durch die grandiose Aussicht auf die Nachbarvulkane der trockenen Anden belohnt. Und gleichzeitig schauten wir in den 800 m tiefen Krater des Láscar-Vulkans. 

Láscar ist ein aus zwei zusammengewachsenen Vulkangebäuden entstandener Stratovulkan. Seine Aktivität wird regelmäßig durch hydromagmatisch ausgelöste Dampfexplosionen bestimmt. Er kann aber auch mächtige Lavaströme sowie große Aschemengen ausstoßen. Eine besonders große Eruption im Jahre 1993 ließ sogar Asche auf die 1.500 km entfernte Stadt Buenos Aires regnen. Weil es am Láscar-Vulkan Ende zu einer kleineren Eruption gekommen war, wollten wir ursprünglich die Funktionsfähigkeit unserer Messstation überprüfen. Doch dann schlug der Blitz ein – aufgrund der exponierten Lage keine Seltenheit. Stromversorgung, Datenlogger und die Kohlendioxid-Sensoren mussten gewechselt werden, damit die Überwachung kontinuierlich fortgesetzt werden kann. Die gemessenen Daten werden per Satellit direkt an das GFZ nach Potsdam übertragen. 

Ferner überwachen wir den Vulkan mit Kameras und Satelliten, und das GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung führt in Kooperation mit seinen chilenischen Partnern auch seismische Kampagnen und Experimente durch, kartiert und vermisst die Geomorphologie des Vulkans mit Drohnenflügen und macht Thermalanalysen. All das findet im Rahmen des Integrated Plate Boundary Observatory Chile | IPOC statt.

Solche Szenen bekommt man auch als Vulkanologe nicht oft zu sehen. Gemeinsam mit Kolleg:innen aus Spanien stand unser Team vom GFZ knapp einen halben Kilometer vom Kraterrand auf La Palma entfernt, als sich die frisch abgelagerte vulkanische Asche, Lapilli und Bomben – der glühende Haufen in der rechten Bildhälfte – wieder in Bewegung setzte und zurück in den Krater stürzte. Der Feuerregen zeigte uns eindrücklich, wie wichtig der Sicherheitsabstand von 400 Metern war. Das Bild entstand im November 2021 am Cumbre Vieja, der seit zwei Monaten bis über 3 km Höhe ausstieß. 

Es war bereits unsere dritte Reise dorthin. Nur Tage nach dem Beginn der Eruption am 19. September hatte das GFZ eine Taskforce nach La Palma entsandt, um eine schnelle Einschätzung der Vulkaneruptionen und Erdbeben auf der Insel zu liefern. Gemeinsam mit spanischen Institutionen begannen wir das Zusammenspiel der Eruption mit den Beben und Oberflächenverformungen zu untersuchen. Dazu nutzten wir Seismometer, Neigungsmesser, Thermalkameras und Drohnen sowie die Aufnahmen von Radarsatelliten. Besonders wichtig war es, die Richtung und die Veränderungen der Lavaströme zu erfassen, da diese durch bewohnte Gebiete verliefen.

Rund 20 Millionen Kubikmeter Asche gingen bei dem Vulkanausbruch 2021 auf die Kanareninsel La Palma nieder. Das war aber vermutlich gar nicht die Ursache für das Absterben dieser Kiefern. Vielmehr zeugen sie davon, wie giftig die vulkanische Entgasung ist, insbesondere aufgrund von Schwefeldioxid. Die toten Stämme befinden sich nur 250 m östlich von einem der insgesamt 18 Krater und helfen uns, Entgasungsstellen im Untergrund aufzuspüren.

Im Rahmen meines von der EU geförderten ERC-Grant-Projektes „ROTTnROCK“ untersuchen wir, welche Auswirkungen solche Gase und heiße, säurehaltige Fluide auf die Stabilität von Kratern und Vulkangestein haben. Unsere Beobachtungen zeigen, dass sie Gestein verätzen, sodass die Vulkane von innen heraus regelrecht verrotten können. Hierin vermuten wir eine wesentliche Ursache für unerwartete Vulkanausbrüche und Einbrüche von Kraterflanken.

Deshalb wollen wir den Prozess dieser sogenannten Alteration im Detail verstehen, mit innovativen Drohnen und Satellitensensoren überwachen, im Labor simulieren und analysieren, und diese Erkenntnisse dann in numerische Vorhersagemodelle einfließen lassen. 

Ein glücklicher Zufall bescherte uns dieses Foto eines beeindruckenden und seltenen Naturschauspiels, das mit unserem Forschungsgegenstand zu tun hat. Das Bild zeigt Polarlichter über Süddeutschland. Polarlichter entstehen durch Zusammenstöße von Teilchen des Sonnenwinds mit Atomen und Molekülen in der Atmosphäre. Wie der Name sagt, treten sie normalerweise in hohen geographischen Breiten auf, in Ovalen von ca. 3000 – 4000 km Durchmesser um die Pole. Das ist in Europa in Nordskandinavien der Fall. Nur selten erreichen sie niedrigere Breiten, also z. B. Deutschland oder sogar Italien. Das liegt daran, dass das im Erdkern erzeugte Erdmagnetfeld einen Schutzschild um die Erde bildet, die Magnetosphäre. 

Nur bei sehr starker Sonnenaktivität gelangen so viele Teilchen des Sonnenwinds in die Magnetosphäre, dass die Polarlichtaktivität stark zunimmt und sich die Ovale so weit ausdehnen. Die Sonnenaktivität schwankt in einem etwa 11-jährigen Zyklus. Um die Aktivitätsmaxima herum, von denen das nächste gegen 2025 erwartet wird, treten besonders häufig starke Sonnenstürme auf. Obwohl 2024 tatsächlich mehrmals Polarlichter in Deutschland zu sehen waren, hatte kaum jemand von uns das Glück, sie auch zu sehen. Der Himmel muss wolkenfrei sein, es muss dunkel genug sein  und man benötigt freie Sicht zum nördlichen Himmel. Zufällig befand sich die Fotografin am 10. Mai 2024 am Ebinger See bei Bamberg, wo die Polarlichter gegen 23 Uhr gut zu sehen waren. 

Das Erdmagnetfeld und die als Weltraumwetter bezeichneten Wechselwirkungen von Sonnenwind und Magnetosphäre, mit denen wir uns am GFZ in den Sektionen 2.3 und 2.7 beschäftigen, sind normalerweise unsichtbar. Hier gelang uns zufällig eine Illustration unseres Forschungsfelds, wobei die Farben auf dem Foto intensiver als mit bloßem Auge erscheinen. 

Was aussieht wie eine entspannte Angeltour, ist unser Messeinsatz auf dem Laacher See in der Eifel – dem aktivsten Vulkansee Deutschlands. Vom Seegrund steigen kontinuierlich vulkanische Gase auf, die wir in regelmäßigen Zeitintervallen auf ihre Zusammensetzung und Konzentration untersuchen. So können wir Veränderungen in der Aktivität des Magmensystems zu erkennen und eine davon ausgehende Gefährdung besser abschätzen.

Mein Kollege Walter Düsing lässt hier gerade ein CTD-Messgerät ins Wasser, das die Leitfähigkeit und Temperatur in Abhängigkeit von der Tiefe misst. Mit einem Tiefensonar (rote Kugel) lokalisieren wir die Gasaustrittsstellen am bis zu 51 m tiefen Seeboden. Dorthin steuern wir dann unsere Unterwasserdrohne, um Gasblasen zu sammeln, die wir anschließend im Labor analysieren. So können wir u.a. herausfinden, woher das Gas stammt, z.B. aus einer Magmenkammer oder aus der Erdkruste. Die gelbe Box enthält einen CO₂ Analysator, mit dem wir den diffusen CO₂ Fluss an der Seeoberfläche bestimmen. 

Der Laacher See ist Teil des vom GFZ betriebenen Observatoriums für Mitteleuropäische Vulkanprovinzen (CVO). Darüber hinaus leisten wir einen wichtigen Beitrag zu dem von der EU geförderten ERC-Grant-Projekt EMERGE, in dem es um die Bestimmung von CO₂ Emissionen in tektonisch aktiven Gebieten geht. 

Die innere Erde ist ein überraschend dynamisches und komplexes System. In dem hier gezeigten Modell, welches das Erdinnere vor 865 Millionen Jahren abbildet, sehen wir zum Beispiel Wechselwirkungen zwischen subduzierenden ozeanischen Platten (in
Blau) und tiefen Strukturen des unteren Erdmantels. Diese Wechselwirkungen führen zur Bildung von Mantelplumes (in Rot), die warmes Gesteinsmaterial aus einer Tiefe von hier 2.900km an die Oberfläche transportieren. 

Unser Projekt MEET (Monitoring Earth Evolution Through Time), ein ERC-Synergy-Grant, den Stephan Sobolev am GFZ leitet, untersucht, wie die Kopplung von oberflächlichen und tiefen Prozessen die Wechselwirkungen der Platten beeinflusst und so über Hunderte Millionen Jahre zur Entwicklung der aktuellen Plattentektonik beiträgt. Hierfür haben wir einen Digitalen Zwilling der Erde entwickelt, also ein virtuelles Abbild, mit dem wir „Was-wäre-wenn“-Szenarien untersuchen können.

Die Abbildung stellt einen Meilenstein unserer Forschung dar. Wir haben ein globales geodynamisches Modell mit dem ASPECT-Community-Code erstellt, an dem Dutzende von Forschenden über Jahre hinweg gearbeitet haben. Die Bewegungen der Platten
haben wir aus paläomagnetischen Plattenrekonstruktionen abgeleitet. Dieses Modell ist für mich persönlich ein entscheidender Schritt in meinem Verständnis der geologischen Geschichte der Erde.

Das Bild entstand in der Region Mbeya im südlichen Tansania. Hier untersuchen wir, ob sich aus heißem Wasser für geothermale Anwendungen auch kritische, also unentbehrliche aber knappe Rohstoffe gewinnen lassen. Das GFZ koordiniert das große EU-Projekt „CRM-geothermal“ mit Institutionen aus 14 EU-Staaten und sechs Partnerländern. Dazu gehört auch Kenia, und wir wollen noch weitere Länder in Ostafrika einbeziehen. 

Bei der Arbeit an dieser Spalte, die zum Ostafrikanischen Grabenbruch gehört, konnten wir das Thermalwasser in den Klüften kochen hören. Mit den heißen Quellen und dem daraus ausgefällten Kalkstein Travertin war es einer der interessantesten Untersuchungsorte unserer Expedition. 

Was viele nicht wissen: Ostafrika ist ein regelrechter Hotspot für Geothermie. Kenia gehört seit den frühen 1980er Jahren zu den Vorreitern bei der Nutzung der Erdwärme. Und in Tansania werden bereits heiße Wässer über Bohrungen gefördert und in einer Pilotanlage für landwirtschaftliche Zwecke genutzt. Unser Ziel ist es herauszufinden, in welchen Konzentrationen die kritischen Rohstoffe vorkommen und wie sie sich umweltfreundlich und sozialverträglich gewinnen lassen. 

Gletscher fließen wie Flüsse, nur viel langsamer. Und so, wie es Wasserfälle gibt, gibt es auch Eisfälle. Ab und zu brechen Eisblöcke ab, was sich dann wie Gewitterdonner anhört. Das Bild zeigt riesige, bis zu 50 m lange und bis zu 5 m breite Spalten des Vaughan-Lewis-Eisfalls im Juneau-Eisfeld zwischen Alaska (USA) und Britisch-Kolumbien (Kanada), aufgenommen per Drohne. Ziel unseres Fernerkundungsprojekts war es, ein 3D Modell des Eisfalls zu erstellen, um anhand der Struktur der Gletscherspalten zu erkennen, wo die Fließgeschwindigkeit des Eises zu- oder abnimmt.

Die siebenwöchige Überquerung des Eisfeldes war meine erste Feldforschung für meine Doktorarbeit. Sonst arbeite ich nur am Computer. Dabei ist es insbesondere schwierig, die Eisgeschwindigkeiten akkurat zu modellieren. Auf dem Eis war es besonders interessant zu sehen, wie verschieden die einzelnen Gletscher sind, auch wenn sie nah beieinander liegen. Die Unterschiede liegen an den komplexen Prozessen und der Beschaffenheit der Umgebung. Im Modell kann das nicht immer vollständig abgebildet werden. Die Erfahrung im Feld hilft mir nun, die Ergebnisse meiner Modelle kritischer zu interpretieren. Kaum zu glauben, aber in dieser kargen Landschaft kommen ab und zu Kolibris vorbei. Ich habe selbst welche am Taku-Gletscher gesehen.

Verteilt auf viele Schultern schleppen wir hier unsere Ausrüstung entlang der Kraterwand hinab zum Lac Flammarion auf Guadeloupe. Unser Projekt PALAVAS ist Teil eines deutsch-französischen Kooperationsprogramms. Wir haben alles Notwendige dabei, um unten eine kleine schwimmende Plattform zu bauen. Mit dieser werden wir in die Sedimente im See bohren und einen 8 m langen Sedimentkern heben. Wozu all der Aufwand? Für ein besseres Verständnis der intensiven Verwitterungs- und Erosionsprozesse auf vulkanisch geprägten Inseln. Das ist relevant, weil Gesteinsverwitterung über geologische Zeiträume eine der größten Senken für atmosphärisches CO₂ darstellt.

Durch den Bohrkern gelangen wir an wertvolle Informationen zur Ablagerung des radioaktiven Beryllium-Isotops (¹⁰Be), das über den Niederschlag in den See gelangt. Dieses Isotop ermöglicht es, die Stärke und Geschwindigkeit der Verwitterung nachzuweisen. Besonders Gesteine magmatischen Ursprungs wie Basalt oder Gabbro tragen stellen eine erhebliche CO₂-Senke dar, da sie sich vergleichsweise rasch auflösen, wenn Niederschlagswasser auf sie trifft. Daher sind gerade tropische Vulkaninseln so interessant für die Forschung. Der aktive Vulkan Souffrière ist nur wenige hundert Meter von dieser alten Caldera entfernt. 

Diesen Eisbohrkern haben wir im Juli 2020 im Rahmen unserer Sommer-Feldexpedition in Südgrönland gehoben. Wir befinden uns hier circa 75 Kilometer westlich von Narsarsuaq. Zu Beginn der Expedition lag unser Zeltlager noch auf Schnee. Dann erlebten wir drei Wochen rapide Schneeschmelze, ausdauernden Regen und heftige Winde von bis zu 80 Stundenkilometern. Bald war der gesamte Schnee verschwunden. Übrig blieb das blanke Eis, welches von violetten Eisalgen besiedelt ist. 

Die schwarze Farbe auf der Oberseite unseres Bohrkerns ist eine Mischung aus Mineralien und verschiedenen Mikroorganismen. Die dunkle Verfärbung rührt hauptsächlich von dem farbgebenden Purpurogallin-Pigment her, das die Eisalgen entwickeln, um sich vor der hohen UV-Strahlung zu schützen. Unser Projekt „DEEP PURPLE“ beschäftigt sich mit allen Prozessen, die den grönländischen Eisschild verdunkeln: den physikalischen, den mikrobiellen und ihrem komplexen Zusammenspiel. Finanziert wird das Projekt aus dem Synergy Grant des Europäischen Forschungsrates. Seine Bedeutung geht weit über Europa hinaus. Denn wenn sich Eis und Schnee verdunkeln, absorbieren sie in höherem Maße Sonnenlicht und damit Wärme. Das beschleunigt die Schmelze und damit auch den Anstieg des Meeresspiegels.

Dieser allererste Bohrkern der Saison und viele weitere halfen uns zunächst, die Methode zur Konservierung von Schnee und Eis und ihrer mikrobiellen Besiedelung zu optimieren. Alle Kerne, die wir im grönländischen Eis gebohrt haben, in der Regel rund einen Meter lang, kamen nach einer langen transatlantischen Bootsfahrt in einem industriellen Gefriercontainer wohlbehalten am GFZ an und werden nun ausführlich analysiert.

Island ist ein Paradies für uns Geolog:innen. Obwohl ich selbst zu einem ganz anderen Thema forsche, lassen diese Basaltsäulen mein „Geo-Herz“ höherschlagen. Sie entstehen, wenn sich Lava schnell abkühlt und zusammenzieht. Besonders faszinierend
ist, dass sich dabei vollkommen natürlich eine regelmäßige Struktur aus hexagonalen Säulen bildet. Ihre Analyse liefert wichtige Informationen über die vulkanischen Prozesse, das Verhalten der Lava bei Vulkanausbrüchen und die Zusammensetzung der Erdkruste. Ich habe das Foto auf dem Rückweg von unserem Feldeinsatz am Snæfellsjökull-Gletscher gemacht, auf der west-isländischen Halbinsel Snæfellsnes. Dort haben wir Proben von roten und purpurnen Schnee- und Eisalgen gesammelt. Sie verdunkeln das Eis, sodass sie die Gletscherschmelze zusätzlich zum Klimawandel beschleunigen. Denn dunkles Eis reflektiert weniger Sonnenlicht und erhitzt sich schneller. Uns interessiert speziell, unter welchen Bedingungen sich die Algen vermehren und wie sich das im Detail auf den Gletscher auswirkt. Als Technikerin des Teams bin ich unter anderem für die Präparation der Proben zuständig.

Neben dem Fluss Tronto bei Acquasanta in Italien sprudeln mehrere kleine Quellen, die bei Touristen und Einheimischen sehr beliebt sind. Der Name des beschaulichen Dorfes verrät schon viel: Hier tritt „heiliges“ Wasser zutage, genauer gesagt handelt es
sich um thermales Wasser. Es enthält keinen gelösten Sauerstoff, dafür viel Salz und Schwefelverbindungen. Solche Bedingungen schaffen einen Lebensraum für eine Vielzahl von spezialisierten Mikroorganismen, darunter auch solche, die in der Lage sind, Energie aus Schwefelverbindungen zu gewinnen, ohne Sauerstoff zu benötigen. Und an der Wasseroberfläche wimmelt es von Mikroorganismen, die mit Sonnenlicht als Energiequelle auskommen. Im Sommer 2024 habe ich Proben dieser Mikroorganismen und vom Wasser der unterschiedlichen Quellen genommen. Ich möchte verstehen, welche Mikroorganismen
in diesem System vorkommen und wie sich diese auf das ausfallende Karbonat auswirken, z. B. wie sie die Mikrostruktur der Karbonatablagerungen beeinflussen. So können sich etwa bläschenartige oder aber baumartig verzweigte Strukturen bilden.
Die grünliche Färbung in dieser ruhigen Quelle ist im Übrigen auf das Chlorophyll der Sonnenlicht-umwandelnden Bakterien zurückzuführen, während die weiße schleierartige Struktur größtenteils aus Thiovulum, einem Schwefeloxidierer, besteht.

Im Februar 2023 erschütterten zwei starke Erdbeben der Magnituden 7,8 und 7,6 die türkisch-syrische Grenzregion. Mehr als 60.000 Menschen starben, 300.000 Gebäude wurden beschädigt oder zerstört. Hier sehen wir das gesamte Ausmaß des betroffenen Gebiets und die Bodenverformung, gemessen vom ESA-Satelliten Sentinel-1, wobei Norden nach rechts zeigt. Wenn sich der Boden aufgrund eines Erdbebens bewegt, ändert sich der Abstand zum Satelliten. Wir können bereits Änderungen im Millimeterbereich mithilfe der Radarinterferometrie (InSAR) messen. Dazu vergleichen wir Radarbilder desselben Gebiets vor und nach einem Erdbeben. Die Bodenverformung wird in der Regel in Form einer Reihe von Interferenzstreifen dargestellt, die im Bild als schwarz-weiße Streifen erscheinen. Sie stellen Phasenänderungen im Radarsignal dar, wobei jeder Streifen einer Bodenverformung von 2,8 cm in der Sichtlinie (engl. line-of-sight: LOS) zum Satelliten hin oder von ihm weg entspricht. Die Bodenbewegung entlang der Verwerfung ist hier auch farblich dargestellt: rote Töne in Richtung des Satelliten, blaue Töne von ihm weg. Diese Bewegung entspricht zwei Brüchen von über 300 km und 100 km Länge. Zum Vergleich zeigen die gelben Punkte die Verteilung der Nachbeben auf der Grundlage von Daten der türkischen Katastrophenschutzbehörde AFAD.

Am 18. September 2022 war ich mit meinem GFZ-Kollegen Jens Mingram und unserem lokalen Fahrer und Techniker Igor Tutarev auf dem Sary-Chelek-See in West-Kirgisistan. Wir ließen eine Kette mit Geräten zur Aufzeichnung der Temperatur bis in eine Tiefe von 40 m ins Wasser, fixiert mit einem Gewicht am 150 Meter tiefen Seeboden. Dieser Feldeinsatz war Teil der GFZ-Aktivitäten im Rahmen der „Focus Site Central Asia“. 

Anhand von Sedimentkernen aus Seen der Region versuchen wir, die dortige klimatische Entwicklung in der Vergangenheit zu rekonstruieren, um daraus für die Zukunft zu lernen. Damit wir verstehen, wie die saisonal geschichteten Sedimente in diesen Paläoklimaarchiven entstehen, benötigen wir aktuelle Daten über das Wetter und aus dem See. Mit meinem Klimaschutz-Stipendium der Alexander von Humboldt-Stiftung wollen wir neue Monitoring-Techniken entwickeln und eine Webseite mit den verfügbaren Informationen über kirgisische Seen.

Apropos neue Monitoring-Techniken: Haben Sie immer Schokolade dabei! Normalerweise verschenken wir sie bei verschiedenen Gelegenheiten. Diesmal hatten wir glücklicherweise welche an Bord: Die Metallfolie der Verpackung half uns, die gebrochene Kontaktfeder eines Unterwassermessgeräts zu reparieren.

An diesem Abend Anfang August 2024 haben wir wieder unsere Zelte aufgebaut – auf unserer jährlichen Expedition zu den Gletschern des Tienschan-Gebirges. Diesmal waren wir sechs Tage unterwegs – vier Tage zu Fuß und zwei Arbeitstage vor Ort. Hier im äußersten Osten Usbekistans messen wir seit letztem Jahr auch, wie sich der Pakhtakor-Gletscher entwickelt. Das ist Teil unserer Forschungsprojekte CAWa-Green und CLIMWATER, die den Wasserhaushalt in Zentralasien im Zuge des Klimawandels untersuchen. 

Unsere Aufgaben vor Ort sind vielfältig: Wir lesen die Werte der automatischen Wetterstation ab, die das ganze Jahr über Daten sammelt. An sogenannten Ablationspfählen, die im Eis stecken, messen wir, wie sich die Höhe des Gletschers verändert hat. Höhe, Ausdehnung und Koordinaten des Gletschers und der Gletscherzunge bestimmen wir auch mithilfe von GPS-Daten. Im vergangenen Jahr ist die Gletscherzunge um 20 m geschrumpft und das Eis hat 3 m an Mächtigkeit verloren.

Wichtig ist auch die Beobachtung eines vorgelagerten Gletschersees. Solche Seen sind kritisch, denn wenn ihre Uferstrukturen z.B. durch Überlast bersten, ergießen sich plötzlich katastrophale Wassermengen ins Tal und bedrohen dort womöglich Menschen und Infrastruktur.  

Weinexpert:innen erkennen hier Grauburgunder, Geolog:innen den Bodenbohrer (Bildmitte), und wir sehen ein „Langzeit-Experiment zur Klimarettung“. Denn der Winzer bringt seit 20 Jahren Basaltmehl als Mineraldünger auf seinem Weinberg in der Pfalz aus. Unbeabsichtigter Nebeneffekt: Basalt bindet das Treibhausgas CO₂ über eine beschleunigte Verwitterung. 

In Gebirgen, fernab der Weinreben, läuft Silikat-Verwitterung natürlicherweise über geologische Zeiträume ab. Sie wird auch als „Thermostat der Erde“ bezeichnet, weil sie seit Jahrmillionen dafür sorgt, dass die Temperaturen auf unserem Planeten relativ wenig schwanken. 

Sollten wir also Gestein in großem Stil zermahlen und auf Felder ausbringen, wo es rascher verwittert? Der Prozess entzieht der Atmosphäre CO₂, könnte so auch der Ozeanversauerung entgegenwirken und düngt sogar noch den Boden. Es braucht dafür keine zusätzlichen Flächen. Aber dafür müsste man erst Basalt abbauen, es zerkleinern. Die darin enthaltenen Schwermetalle könnten sich letztlich im Boden anreichern. Hier setzt unsere Forschung an: Wir, Dirk Sachse und Patrick Frings, interessieren uns für die Langzeit-Auswirkungen dieser Basalt-Düngung. Der Winzer sagt, der Geschmack des Weins sei bereits besser geworden. 

Selten sieht man die Vermischung zweier Flüsse so deutlich, wie hier am Zusammenfluss von Rio Gazamumo und Rio Gazaunta in Kolumbien an der Ostflanke der Anden. Für jemanden wie mich, der Prozesse an der Erdoberfläche erforscht, ist das ziemlich beeindruckend. 

Meist ähneln sich Flüsse einer Region. Hier war einer jedoch besonders reich an Sedimenten, wahrscheinlich aufgrund eines Bergrutsches im Oberlauf. Da hieß es beim Vorbeifahren: Vollbremsung und Drohne raus! Denn wir sehen hier quasi den Kohlenstoffkreislauf in Aktion. 

Mit dem Sediment wird nämlich immer auch organischer Kohlenstoff aus z.B. Böden oder Flussauen mobilisiert. Bis Kohlenstoff aus diesem Fluss im 1600 Kilometer entfernten Atlantik ankommt und über geologische Zeiträume eingelagert wird, können noch ein paar tausend Jahre vergehen. Zwischenzeitlich wird er immer wieder abgelagert, erodiert oder durch mikrobielle Prozesse umgesetzt. Ob ein Fluss am Ende eine Kohlenstoffsenke oder -quelle ist hängt von all diesen Prozessen ab. Mit der Wirkung solcher natürlichen Erdoberflächenprozesse aber auch anthropogener Einflussfaktoren auf Stoffflüsse in den kolumbianischen Anden beschäftigen wir uns im BMBF geförderten Projekt ESKOLA. Es dient auch dazu, unsere Kontakte zu kolumbianischen Wissenschaftler:innen zu stärken.

Stufe für Stufe geht es hinab, 44 Meter tief, mitten in den Telegrafenberg. Dort haben wir den Prototyp der neuesten Generation des Wasserprobensammlers aufgebaut, den wir am GFZ entwickeln. Der Tiefbrunnen unter der Glaskuppel hinter dem Wirtschaftshof wurde bereits 1879 zur Wasserversorgung errichtet. Später nutzte man ihn auch wissenschaftlich. So gelang zu Beginn des 20. Jhd. dort mit Schwerkraftmessungen erstmals der Nachweis von Gezeitenwirkungen auf die Erdkruste.

Uns diente der Brunnen im März 2023 als Erprobungsort für unseren weiterentwickelten Isotopenautosampler. Dieser kann autark und autonom, aber auch ferngesteuert über viele Monate im Gelände arbeiten. Dabei nimmt er streng voneinander getrennte Wasserproben, filtert sie und füllte sie hermetisch in Probenbehälter ab. Sie werden in den GFZ-Laboren einer Isotopenanalyse unterzogen.

In der Ur-Version von 2016 war nur das Auffangen von Regenwasser vorgesehen. Jetzt kann das Gerät auch Brunnen- und Quellwässer sowie verschmutzte Proben aus Seen und Fließgewässern verarbeiten. Aktuell sind sechs und demnächst zehn Apparate weltweit im Einsatz. Unterdessen vermissen wir am GFZ jetzt schon die sportliche Aktivität, mit der jede vergessene Kleinigkeit am Brunnenboden belohnt wurde.

Die Tape-Library am GFZ gehört zum Serverraum, der 2021 im neuen GeoBioLab entstanden ist. Auf jedes Magnetband passen zwischen 6 und 12 Terabyte Daten – komprimiert sogar bis zu 30. Sie bieten beispielsweise die Möglichkeit, wenig genutzte Daten sicher auf – verglichen mit HDD-Festplatten oder SSD-Speichern – kostengünstigen, energieeffizienten und besonders langlebigen Medien zu speichern.

Zum Beispiel sichern wir hier Backup-Daten von PCs und Servern. Auch Daten aus dem Homeverzeichnis von Nutzer:innen werden nach Dienstaustritt hierhin ausgelagert.  Die Aufbewahrungszeit variiert je nach Zweck und Vereinbarung zwischen 60 Tagen und einem Jahr. Für Daten vergangener GFZ-Projekte können es auch 30 Jahre und mehr sein.

Als schnellen Zwischenspeicher für nicht allzu große Datenmengen gibt es auch hier einen HDD-Cache-Bereich. Dessen Inhalt wird nach einer gewissen Zeit sukzessive auf ein freies Band geschrieben und ist dann quasi offline. Denn zum Lesen und Schreiben müssen die Bänder erst von einem Roboter aus der Magnetband-Bibliothek geholt und in ein Laufwerk gelegt werden.