Priv. Doz. Dr. Sascha Brune, Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ,Sektion 2.5: Geodynamische Modellierung

In Ostafrika zerbricht der Afrikanische Kontinent in Zeitlupe. Das gibt die Gelegenheit, Plattentektonik live mitzuerleben, bringt aber auch Gefahren wie Erdbeben und Vulkanismus mit sich. Der Vortrag beleuchtet die Prozesse, die beim Zerbrechen von Kontinenten eine Rolle spielen und welche Auswirkungen dies auf die Menschen der Region hat.

Am GFZ-Potsdam besteht die Möglichkeit, mit verschiedenen Apparaturen die Bedingungen der Erde von der Kruste bis zum Kern experimentell zu simulieren. Dabei interessieren unterschiedliche Prozesse, wie z.B. Magmenbildung, das Auftreten von Erdbeben oder die Bildung von Erzlagerstätten, die bei hohen Drücken und Temperaturen untersucht werden können. Neben den verschiedenen Hochdruckpressen, wird auch das Labor der Probenvorbereitung gezeigt, in dem die Schüler:innen mikroskopieren und praktisch tätig werden können.

Dr. Robert Trumbull, Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, 3.1 Anorganische und Isotopengeochemie

Die Energiewende hängt von vielen Faktoren ab. Einer davon ist die Verfügbarkeit der sechs Elemente der Platingruppe (Platin, Palladium, Rhodium, Ruthenium, Osmium, Iridium – abgekürzt PGE). Die PGE finden Einsatz in Katalysatoren, in Brennstoffzellen und für Wasserstoffelektrolyse. Daher spielen sie eine zentrale Rolle für „low-C“ Mobilität und -Energieversorgung.

Südafrika besitzt zwischen 50% und 70% der globalen PGE-Ressourcen. Diese enormen Mengen sind auf eine einzigartiges Gesteinsmassiv mit der Größe Bayerns beschränkt: dem Bushveld Intrusivkomplex.

Tektonik ist die Lehre von der Verformung der Erdkruste angetrieben durch die Bewegungen der tektonischen Platten (geodynamische Prozesse). In der Regel finden diese Prozesse sehr langsam und über zeitliche und räumliche Maßstäbe statt, die für uns Menschen schwer vorstellbar sind. Um tektonische Entwicklung greifbar zu machen, nutzen wir in der experimentellen Tektonik sogenannte Analogmodelle, die auf Labormaßstab und im Zeitraffer geodynamische Prozesse nachstellen.

Die Sektion Geomorphologie interessiert sich z.B. dafür, wie schnell Gestein im Hochgebirge abgetragen und durch Flüsse in die Täler gebracht und abgelagert wird und wie lange es dort schon liegt. Wir werden herausfinden, wie Geomorpholog:innen mit Hilfe von kosmogener (!) Strahlung diese Prozesse berechnen können. Dazu sprechen wir kurz über die Theorie, diskutieren, was wir im Gelände und im Labor dafür brauchen und experimentieren dann an einem kleinen Flussmodell dazu.

Dr. Lionel Doppler, Deutscher Wetterdienst, Meteorologisches Observatorium Lindenberg

Wir interessieren uns für eine atmosphärische Komponente, die von Afrika nach Europa reist: Saharastaub. Er wird vom Wind in Nordafrika aufgeweht und kann als Aerosol große Distanzen in der Erdatmosphäre zurücklegen. In der Atmosphärenwissenschaft wird ein Aerosol als festes oder flüssiges Schwebteilchen in der Atmosphäre (mit Ausnahme von Wassertröpfen oder Eiskristallen der Wolken) definiert. Der Ursprung der Aerosole ist manchmal anthropogen (Heizung und Abgase Ruß, chemische oder industrielle Verbindungen, etc.), manchmal natürlich (Seesalz, Ruß von Biomassebränden, etc.). Wüstenstaub wie Saharastaub sind Aerosole natürlichen Ursprungs.

In Europa kann der Saharastaub bei bestimmten Wetterlagen und atmosphärischen Bedingungen in höheren Luftschichten auch in höhere Breitengrade, einschließlich bis nach Deutschland, gelangen. Wir werden sehen, welche Phänomene beobachtet werden können, wenn Saharastaub Deutschland erreicht: leichte Trübung der Luft, gelegentlich Verfärbungen von Oberflächen wie Autos oder Fenstern, Sonnen- und Mondverfärbungen, Luftqualitätsänderung, Wolkenbildung. Die Trübung der Atmosphäre durch Sahara-Staub beeinflusst signifikant auch den Ertrag von Photovoltaik-Anlagen.

Wir interessieren uns auch dafür, wie Saharastaub mit modernen Fernerkundungstechniken erkannt  und vermessen werden kann. Insbesondere werden wir über Systeme wie Ceilometer, Lidar und Photometer sprechen.

Dr. Kai Mangelsdorf, Cornelia Karger, Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, Sektion 3.2: Organische Geochemie
Dr. Steffi Genderjahn, Dr.  Mashal Alawi, Simon Lewin, Prof. Dr. Dirk Wagner, Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, Sektion 3.7: Geomikrobiologie

Terrestrische Klimaarchive sind in der ariden Region des südwestlichen Afrikas selten. Aus diesem Grund wurden in dieser Studie untersucht, ob kontinentale Salzpfannen (Playas) als Klimaarchive verwendet werden können. Trockensavannen und Wüsten gehören zu den extremsten Lebensräumen der Erde, nicht nur für Tiere und Pflanzen, sondern auch für die kleinsten und einfachsten Lebensformen wie Bakterien. Neben dem Mangel an Energiequellen, den extremen Temperaturschwankungen, dem hohen Salzgehalt des Bodens und der UV-Strahlung ist es der Wassermangel, der das Leben am meisten herausfordert. Die Zusammensetzung und Abundanz der mikrobiellen Gemeinschaften wird stark durch diese klimatischen Bedingungen beeinflusst. Molekulare Spuren lebender und vergangener Mikroorganismen können deshalb genutzt werden, um Umwelt- und Klimaveränderungen der Vergangenheit zu dokumentieren. In dieser Studie wurde ein kombinierter Ansatz aus geomikrobiologischen und biogeochemischen Methoden angewendet, um die Klimageschichte der Kalahari-Region seit dem letzten Glazialem Maximum (ca. 25.000 Jahre vor Heute) zu rekonstruieren.

In der Sektion „Geomikrobiologie“ bieten wir fünf interessierten Schüler:innen die Möglichkeit, unsere molekular- und mikrobiologischen Labore zu besuchen. Dort geben wir einen Einblick ins DNA basierte Arbeiten an Umweltproben aus extremen Habitaten (z.B. Permafrostböden), sowie in eine Auswahl von mikrobiellen Methoden in unserer Kultivierung. Somit könnt ihr die Berufe der/des Geomikrobiologe:in und der/des Biologisch-Technischen Assistenten:in genauer kennenlernen.

Dr. Katharina Löhr, Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V., Müncheberg​

Das Leibniz Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF e.V.) forscht an der ökonomisch, ökologisch und sozial nachhaltigen Landwirtschaft der Zukunft – gemeinsam mit Akteuren aus der Wissenschaft, Politik und Praxis. Inder Arbeitsgruppe ‚Nachhaltige Landnutzung in ‚Entwicklungsländern‘ (SusLAND), werden mithilfe interdisziplinärer Forschungsmethoden Strategien entwickelt, um den komplexen Problemen von landwirtschaftlichen Systemen in Entwicklungsländern auf lokaler, regionaler und globaler Ebene zu begegnen. Insbesondere Fragen der Vermeidung von Landnutzungskonflikten, einer verbesserten Anpassung an den Klimawandel, der Sicherung der Nahrungsmittelversorgung sowie der Existenzgrundlage landwirtschaftlicher Familienbetriebe sind von zentraler Bedeutung. Mit dem Vortrag werden Einblicke in aktuelle Forschungsprojekte gegeben, die sich u.a. mit der Wiederherstellung waldreicher Landschaften und guter Regierungsführung, sowie der Verbesserung von Einkommen und nachhaltigem Kakaoanbau in Ländern Sub-Sahara Afrikas beschäftigen.

Dr. Franziska Wilke,  Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, Sektion 3.1: Anorganische und Isotopengeochemie

Innerhalb eines, von der EU-geförderten Projektes, planen wir strategisch wichtige Rohstoffe in geothermalen Wässern zu lokalisieren, zu quantifizieren und zu extrahieren.

Die wissenschaftliche Bedeutung besteht darin, dass wir nach umweltfreundlichen Bergbaumöglichkeiten für kritische Rohstoffe in unkonventionellen Ressourcen zusammen mit der Bereitstellung von geothermischer Energie suchen. Das Ostafrikanische Grabensystem weist ein erhöhtes geothermisches Potenzial auf, das mit heißem Riftwässer zusammenhängt, welches entlang durchlässiger Verwerfungen wandert. Die Region beherbergt einen zu erwarteten hohen Gehalt an z.B. Seltenen Erden (REE) in heißen Wässern in der Nähe zu Karbonatitgestein. In unseren Studien beproben wir Wässer, Gase und Gesteine und quantifizieren darin verschiedenste Elemente. Indem wir sowohl auf eine umweltfreundlich Gewinnung von Energie / Wärme hinweisen, als auch die Möglichkeit der beiläufigen Extraktion von strategischen Elementen aufzeigen, beabsichtigen wir, zusammen mit unseren lokalen Kolleg:innen, die Geothermie in den Ostafrikanischen Ländern voranbringen. Zusätzlich ist durch die rasch wachsende Bevölkerung im Osten Afrikas zukünftig mit einem höheren Bedarf an Energie und Rohstoffen zu rechnen.

In der Sektion organische Geochemie haben zwei Schüler:innen die Möglichkeit eine "Naturstoffanalyse" in einem geochemischen Labor durchzuführen: ihr werdet eine Extraktion von Blättern mit anschließender Säulentrennung der Blätter-Pigmente (z.B. von Chlorophyll) durchführen und einen kurzen Einblick in die Arbeit mit einem Massenspektrometer erhalten. Somit könnt Ihr die Arbeit von Geowissenschaftler:innen, Biolog:innen und chemisch-technischen Aisstent:innen genauer kennenlernen.

In der Sektion Fluidsystemmodellierung wollen wir uns dem Thema "Endlagerung von hochradioaktivem Abfall" widmen. Wir werden uns ansehen, wie ein Standort für solch ein Endlager in Deutschland überhaupt gesucht und ausgewählt wird. Gemeinsam mit euch möchten wir ein Planspiel für den Unterricht  vorbereiten und Experimente  zum Thema "Durchlässigkeit von Gesteinen" und zur "Diffusion" durchführen.

In der Sektion Seismologie befassen wir uns mit der Registrierung von Erdbeben weltweit. Zwei interessierte Schüler:innen erhalten die Möglichkeit, sich darüber zu informieren, wie Erdbeben aufgezeichnet werden und wie innerhalb von Minuten der Ort und die Stärke eines Erdbebens bestimmt werden können.

Die Bereitstellung der Messtechnik für die seismische Erkundung untertage ist eine wichtige Aufgabe der Elektroniker und Auszubildenden des E-Labors. Zum Aufgabenspektrum gehören dabei u.a. das Konfektionieren von Kabeln und das Löten von Bauteilen auf Leiterplatten. Es wird also praktisch.

Zwei Schüler:innen bekommen in der Sektion Grenzflächen-Geochemie eine Einführung in die Rasterelektronenmikroskopie und die Anwendungsgebiete in der Geoforschung. Zusätzlich werdet Ihr das Labor für die Probenvorbereitung kennenlernen.

Mit Bohrlochsonden in der Tiefe messen Bohrlochsonden dienen dazu, in tiefen Bohrlöchern physikalische, chemische und strukturelle Eigenschaften des Gesteins zu messen. Der Bereich Wissenschaftliches Bohren des GFZ forscht weltweit mit vielen verschiedenen Bohrlochmess-Sonden in unterschiedlichsten Bohrprojekten. Beim Besuch werden neben den unterschiedlichen Messverfahren auch die ungewöhnlichen Herausforderungen an die Sonden vorgestellt und deren technische Umsetzung gezeigt. Die Besucher werden beteiligt an der Vorbereitung von Sonden und Gerätschaften für eine Messung und dem simulierten Aufbau einer Bohrlochmessung. Sie haben die Möglichkeit an gemessenen Daten selbst eine erste Bearbeitung durchzuführen. 

Beim Besuch unseres Präparationslabors erhalten zwei Schüler:innen einen Einblick in die Tätigkeiten des geowissenschaftlichen Präparators. Dieser Ausbildungsberuf erfordert eine ruhige Hand, ein gutes Auge und Freude am Umgang mit verschiedenen Materialien. Wir stellen Gesteinsdünnschliffe, d.h. hauchdünne Gesteinsscheiben auf einem Objektträger zum Mikroskopieren, für die geologische Forschung her.