Modellierung & Visualisierung @GFZ: GFZ

Am GFZ befassen sich zahlreiche Sektionen mit Modellierung und Visualisierung. Hier präsentieren wir einige Beispiele.

Magnetische Feldlinien | Sektion 2.3 Geomagnetismus

Während des Laschamp-Ereignisses, das sich vor ca. 41.000 Jahren ereignete, befand sich das geomagnetische Kernfeld der Erde in einem extremen Zustand. Anstelle eines einzigen Nord-Süd-Polpaares gab es mehrere Pole, da der gegenwärtig dominierende Dipol erheblich geschwächt war. Das Video zeigt die Entwicklung der dreidimensionalen Magnetfeldlinien, die anhand eines aktuellen globalen Modells des Kernfelds für das Laschamp-Ereignis berechnet wurden. Blaue Linien zeigen nach innen und eine Ansammlung von blauen Linien zeigt einen magnetischen Südpol. Rote Linien zeigen nach außen und entsprechen einem Nordpol. Die Erdoberfläche ist entsprechend der radialen Komponente des Feldes eingefärbt, und zu künstlerischen Zwecken ist eine übertriebene Höhenkarte eingefügt. Der Mechanismus hinter den extremen Veränderungen des geomagnetischen Feldes ist noch immer nicht vollständig geklärt. Paläomagnetische Daten sind die einzige Quelle für die Untersuchung der Vorgänge im Erdinneren auf langen Zeitskalen. Modelle wie dieses tragen dazu bei, Simulationen des Geodynamos einzuschränken und Licht auf eine der grundlegenden Eigenschaften der Erde zu werfen. (CC BY: GFZ)

Vulkaneinsturz | Sektion 4.1 Dynamik der Lithosphäre

Das Video zeigt den gravitativen Kollaps eines analogen Vulkanmodells im Labormaßstab. Die Farbskala zeigt die vertikale Geschwindigkeit an. Man beachte, dass es gleichmäßige und unregelmäßige Bewegungen gibt. Das analoge Modell kann als eine Nachbildung des Ätna in Italien in kleinem Maßstab interpretiert werden. Das Experiment dauert in der Realität etwa 2 Stunden und simuliert Zehntausende von Jahren in der Natur. (CC BY: GFZ)

Erdmodell | Sektion 2.5 Geodynamische Modellierung

3D Erdmodell — Dieses Modell simuliert die interne Dynamik des Erdmantels und seine Beziehung zur Oberflächendeformation und topografischen Entwicklung, wobei blau für einen absteigenden kalten Mantel oder Subduktionen und rot für einen aufsteigenden warmen Mantel oder Mantelplume steht. *((CC BY: GFZ))*

Entwicklung des kontinentalen Grabens | Sektion 2.5 Geodynamische Modellierung

Die numerische Modellierung zeigt ein kontinentales Zerbrechen. Modelle wie diese bieten einen Weg zum Verständnis der Entstehung von Georessourcen und Georisiken an Plattengrenzen. (Sascha Brune and Derek Neuharth. Basierend auf: Neuharth, D., Brune, S., Wrona, T., Glerum, A., Braun, J., & Yuan, X. (2022). Evolution of Rift Systems and Their Fault Networks in Response to Surface Processes. Tectonics, 41(3), e2021TC007166. doi.org/10.1029/2021TC007166) (CC BY: GFZ)

3D Model des Bezymianny Vulkans | 1.4 Fernerkundung und Geoinformatik

Wir verarbeiteten zehn Sätze von photogrammetrischen Luft- und Satellitendaten, um hochauflösende 3D-Modelle des Vulkans Bezymianny in Kamtschatka zu erstellen. Diese Arbeit ermöglichte es uns, die Entwicklung des Vulkans über fünf Jahrzehnte hinweg zu verfolgen. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht unter: doi.org/10.1038/s43247-020-00014-5 (CC BY: GFZ)

Darstellung eines Starkregenereignisses | 1.4 Fernerkundung und Geoinformatik

Organismus-Rückzug | Sektion 4.7 Erdobenflächenprozessmodellierung

Das Modell zeigt Organismen, die versuchen, sich auf einem sich zurückziehenden Steilhang am Rande eines kontinentalen Plateaus zu entwickeln/zu überleben; dies könnte als ähnlich angesehen werden wie die Organismen bzw. Pflanzen, die sich am westlichen Rand des indischen Subkontinents (Western Ghats) entwickeln. Im Speziationsmodell ist das wichtige Verhältnis das Verhältnis der Mutationsrate zur Ausbreitungsrate (skaliert durch den Umweltgradienten). Es hat sich gezeigt, dass die Speziation optimal ist, wenn dieses Verhältnis nahe bei 1 liegt. Die Simulation wurde mit FastScape und AdaScape durchgeführt. (CC BY: GFZ)

Sedimentäre Fächerauswaschungen | Sektion 4.7 Erdobenflächenprozessmodellierung

Animation einer Sedimentären Fächerauswaschungen — Das Modell zeigt die Entwicklung eines Sedimentfächers aus einer konstanten Quelle (ein einzelner Kanal/Fluss, der aus einem Gebirgsgürtel fließt). In diesem einfachen Experiment erfährt der Untergrund unter dem Fächer keine Absenkung. Die Zeitskala, in der Abtragungen in einem Fächer stattfinden, und damit die Zeit, die für die Entstehung eines Fächers benötigt wird, ist nach wie vor schwer zu quantifizieren; in unserem Modell verwenden wir Werte für die Erosions- bzw. Ablagerungsparameter, so dass der gesamte Modelllauf 10 Millionen Jahre dauert. Die Simulation wurde mit FastScape durchgeführt. *((CC BY: GFZ))*

Source-to-Sink | Sektion 4.7 Erdobenflächenprozessmodellierung

Zwei Experimente mit einem vollständigen Quelle-Senke-System — Das Modell zeigt zwei Experimente mit einem vollständigen Source-to-Sink-System (S2S), das das Quellgebiet (Gebirge), die Transferzone (Kontinentalebene) und die Senke (die Meeresablagerung) umfasst, also den Sedimenttransport vom Ursprung zur Ablagerung. Bei diesen mit FastScape durchgeführten Experimenten wird davon ausgegangen, dass der Meeresspiegel über 400 Kyr (400.000 Jahre) Perioden entweder synchron mit verstärkten Niederschlägen in den Quell- und Transfergebieten oder in entgegengesetzter Phase schwankt. Mit FastScape durchgeführte Simulationen. *((CC BY: GFZ))*

Darstellung eines Quelle-Sink-System — *(CC-BY GFZ)*

3D Visualisierung: Erdbeben um Santorini [Jan-Feb 2025] | Sektion 2.1 Erdbeben- und Vulkanphysik

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(CC BY: M.P. Isken, GFZ)

Das Video zeigt eine sogenannte lokalisierte dreidimensionale Visualisierung von Erdbeben nordöstlich der griechischen Vulkaninsel Santorini. In dem Zeitraum vom 29. Januar bis 9. Februar wurden bisweilen mehr als 14.000 Erdbeben registiriert. Rund um die griechische Vulkaninsel Santorini wird seit dem 24. Januar 2025 eine Häufung schwacher bis mittelstarker Erdbeben verzeichnet. Die seismische Aktivität konzentriert sich auf den Bereich zwischen den Inseln Santorini und Anydros, mit einem Zentrum rund 15 km nordöstlich von Santorini. Die rasche und präzise Lokalisierung der Erdbeben ist möglich mithilfe neuartiger innovativer Algorithmen, entwickelt am GFZ.

Kontinentaldrift im Zeitraffer | Sektion 2.5 Geodynamische Modellierung

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(CC BY-SA 4.0: Sascha Brune, GFZ) Das Video zeigt die Topographie der Kontinente und Ozeane basierend auf: Amante, C; Eakins, B W (2009) ETOPO1 Global Relief Model converted to PanMap layer format; NOAA-National Geophysical Data Center, PANGAEA DOI:https://doi.org/10.1594/PANGAEA.769615 Rekonstruiert mittels GPlates : www.gplates.org