Das Erdinnere ist für uns Menschen weitgehend unzugänglich, sieht man von Tunneln und Bergwerken ab. Mit Bohrungen schafft sich der Mensch einen direkten Zugang zum geologischen Untergrund. Das Ziel des Wissenschaftlichen Bohrens ist es, ein umfassendes Verständnis über die Prozesse im Untergrund zu bekommen. Das Bohren liefert als einziges Verfahren sowohl Daten als auch Proben aus der Tiefe. Die Methode findet in unterschiedlichen wissenschaftlichen Disziplinen Anwendung. 

Mit einer Bohrung wird ein Loch von einigen Zentimetern Durchmesser Hunderte Meter oder sogar einige Kilometer tief in die Gesteine der Erdkruste getrieben. Damit schafft man einen Zugang in die Tiefe und kann Bohrkerne gewinnen und untersuchen. Welche Gesteine, Flüssigkeiten und Mikroben kommen vor und wie agieren sie miteinander unter echten Druck- und Temperaturbedingungen untertage? Welchen Kräften unterliegt der Untergrund durch Bewegungen von Kontinentalplatten, den Aufstieg von Magmen, die Abtragung von Gesteinen und Gletschern an der Oberfläche, das Einsickern von Wasser? All diese Fragen können oft nur unzureichend im Labor nachgestellt oder am Computer modelliert werden. Bohrungen sind daher in vielen Fällen für ein besseres Verständnis der Vorgänge in der Tiefe notwendig.

• Erkundung der grundlegenden Prozesse für die nachhaltige Gewinnung von Georessourcen wie zum Beispiel Erdwärme, aber auch von Erzen, oder das sichere Speichern von Kohlendioxid im Untergrund;
• Erforschung von Naturgefahren wie Erdbeben, Vulkanausbrüchen, Hangrutschungen, um grundlegende physikalische und chemische Prozesse zu verstehen und Gefahren frühzeitig erkennen zu können und davor zu warnen;
• Gewinnung von Erkenntnissen darüber, wie die vielfältigen Umwelt- und Klimaveränderungen in der Erdgeschichte ausgelöst oder wieder umgekehrt wurden und welche Treiber es in diesem komplexen System von Luft, Wasser, Kontinenten und Lebewesen gibt, um Vorhersagen für die Zukunft treffen zu können;
• Erforschung der dynamischen Kräfte und Vorgänge im Erdinneren, die die Grundlagen für alle interne Vorgänge der Gebirgsbildung, Erdbeben, Vulkanismus und damit entscheidend für den Lebensraum und die Ressourcen des Menschen sind.

• Geodynamik – Wie entwickelten sich die Erdkruste, der Erdmantel und die Plattentektonik in den 4,5 Milliarden Jahren der Erdgeschichte? Wie entstand Leben und welchen Einfluss hat es auf das System Erde, das Wasser, die Atmosphäre?
• Georessourcen – Wie können Energie, insbesondere Geothermie, und Rohstoffe nachhaltig und umweltfreundlich gewonnen werden?  Wie lässt sich Energie zum Beispiel in Form von Wasserstoff im Untergrund speichern?
• Georisiken – Welche Kräfte verursachen Erdbeben oder Vulkanausbrüche und wie kann man verlässlich und möglichst frühzeitig vor Gefahren warnen, um Risiken zu minimieren?
• Frühere Umwelt- und Klimaänderungen – Welche Faktoren haben drastische Änderungen in der langen geologischen Vergangenheit angetrieben und welche Rolle spielt dabei die tiefe Biosphäre?

Bohrlochmessungen und Instrumente

Nach jedem Bohrabschnitt werden die durchbohrten Gesteine mit geophysikalischen Sonden vermessen. Sie werden an speziellen Kabeln ins Bohrloch abgesenkt und tasten es mit Sensoren ab, die ein durchgängiges Profil der physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften registrieren. Zur Langzeitbeobachtung können Instrumente langfristig in Bohrlöchern verankert werden, um zum Beispiel Deformationen und damit Erdbebengefahren zu überwachen. Unterirdische Messungen sind viel sensitiver als an der Oberfläche mit den vielen natürlichen oder menschgemachten Störsignalen. Mit Glasfaserkabeln lassen sich heutzutage sogar über das gesamte Bohrloch Temperatur- oder Spannungsmessungen durchführen, die essentiell für die Erdbebenforschung oder die geothermische Nutzung sind.

Wie tief wird gebohrt?

Wissenschaftliche Bohrungen können je nach Fragestellung wenige Zehner, Hunderte oder auch Tausende Meter tief sein. Für die Umwelt- und Klimaforschung reichen oftmals bis zu 500 m tiefe Kernbohrungen, wenn die Bohransatzpunkte mit geophysikalischen Tiefenerkundung an den Stellen ausgewählt werden können, wo entscheidende Proben in geringer Tiefe liegen. Im Songliao-Sedimentbecken im Nordosten Chinas wurde allerdings 7000 m tief gebohrt, um die frühen kreidezeitlichen Ablagerungen zu erreichen. Im KTB-Projekt in Windischeschenbach in Bayern konnte Anfang der 1990er Jahren 9100 m tief gebohrt werden, um dorthin zu gelangen, wo Temperaturen von über 260° Celsius die Gesteinseigenschaften verändern. Zu dieser Zeit war damit die technisch bedingte Grenze des Tiefbohrens erreicht.

Das Internationale Kontinentale Wissenschaftliche Bohrprogramm ICDP (International Continental Scientific Drilling Program) fördert internationale Forschungsteams finanziell und mit technisch-wissenschaftlicher Unterstützung wie Geräten und Know How. Bei der Durchführung von Bohrungen mit ICDP-Hilfe sind bahnbrechende neue Erkenntnisse gewonnen worden. Erstmals konnte eine Bohrung die San Andreas-Verwerfung durchstoßen und beproben (um Deformationen und Erdbeben zu erforschen), eine Magmakammer wurde auf Island sicher angebohrt (um neue Energiequellen zu erschließen), die Nordanatolische Störung wurde mit Bohrungen rund um das Marmarameer instrumentiert (um bessere Prognosen zukünftiger Erdbeben zu ermöglichen), der Chicxulub-Krater in Mexiko wurde erbohrt (um den Meteoriteneinschlag zu erforschen, der zum Aussterben der Saurier führte), Seesedimente in allen Klimazonen (Baikal, Titicaca, Malawi, Bosumtwi, Potrok Aike, Elgygytgyn, Totes Meer, Ohrid, Towuti) wurden erbohrt (um die letzten Millionen Jahre der Klimaveränderungen auf der Erde zu verstehen). Insgesamt wurden von ICDP in 27 Jahren 64 Bohrprojekte gefördert.

Trainingskurse für den Nachwuchs

Nicht allein die Forschungsaspekte des ICDP sind bedeutend, sondern auch die Möglichkeit für Studierende, sich an Bohrungen über Technik und Wissenschaft zu informieren und fortzubilden. Dafür veranstaltet ICDP regelmäßig Weiterbildungskurse. Außerdem bieten viele ICDP-Bohrungen umfangreiche Möglichkeiten für Besuche und Informationen.

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