Praxis und Alltag

Klima & Umwelt

Geodynamik

"Und sie bewegt sich doch"

Ob Galileo Galilei diesen berühmten Satz wirklich gesagt hat, sei dahingestellt. Fest steht: Recht hat er. Nicht nur mit der Behauptung, dass sich die Erde um die Sonne dreht, statt wie festgenagelt im Weltraum zu verharren. Die Erde ist darüber hinaus ein dynamisches System und die Kräfte, die auf sie wirken, verändern ständig unseren Lebensraum auf ihrer Oberfläche. Wie genau diese Kräfte wo wirken, fasziniert Laien und Forscher seit Jahrhunderten - Geodäten inklusive. Die Geodynamik, also die Erforschung der bewegten Erde, bildet einen Schwerpunkt vieler geodätischer Teildisziplinen.

Der Mathematiker, Astronom und Physiker Galileo Galilei hatte bereits im 17. Jahrhundert die richtige Vorstellung, nämlich dass sich unser Planet im Sonnensystem um die Sonne bewegt – auch wenn seine Mitmenschen etwas länger benötigten, um sich zur selben Erkenntnis durchzuringen. Heutzutage ist die bewegte Erde eine Tatsache. Doch sie bewegt sich nicht nur aufgrund der äußeren Schwerkraft der Sonne, sondern verändert sich auch durch diejenigen Kräfte, die aus ihrem Inneren wirken.

Denke nur an die Plattentektonik, die dazu führt, dass unsere aktuelle Landkarte mit ihren sechs Kontinenten ganz anders ausschaut als die Variante von vor 250 Millionen Jahren, als es noch den Superkontinent Pangäa gab. Etwas schneller ergeht es den Bergen der Erde: Sie können aufgrund von Prozessen im Erdinneren wachsen, wie beispielsweise die Alpen. Sie können aber auch an Höhe verlieren, etwa aufgrund von Erdbeben. So ist auch die Höhe des 8848 Meter hohen Mount Everest nicht in Stein gemeißelt – uns muss immer wieder einmal nachgemessen werden.

Auf für uns unmittelbareren Zeitskalen sind die feste Erde, ihre Lufthülle sowie die sogenannte Hydrosphäre – also alles Wasser der Erde, egal wo und in welcher Form – Teil des irdischen Gesamtsystems. Sie wechselwirken ständig miteinander. Und als Geodät willst du genau wissen, wie dieses Gesamtsystem funktioniert, indem du die Kräfte, die darin wirken, beobachtest. Beispielsweise vermisst du die Schwerebeschleunigung, also die Erdanziehungskraft, oder die winzigen Verschiebungen der Erdplatten, um Positionsänderungen zu erfassen. Damit kannst du beispielsweise genaue Modelle zur Plattentektonik erstellen.

Dafür setzen Geodäten auf der Erdoberfläche Pegel und GPS-Stationen ein. Sie können aber auch Satelliten in der Erdumlaufbahn nutzen und so Schwerefeldmissionen aus der ultimativen Vogelperspektive durchführen. Sie kümmern sich dabei vor allem darum, verbesserte Sensoren für all diese Messungen zu entwickeln, die gewonnenen Daten auszuwerten und zu analysieren. Außerdem interpretieren sie die Analyseergebnisse, um möglichst vielen Menschen ein ziemlich genaues Bild von unserer bewegten Erde zu vermitteln. 
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Die Höhe von Bergen ist kein Wert für die Ewigkeit. Sie können wachsen, sie können aber auch an Höhe verlieren. Als Geodät kannst du das genau überprüfen.
Technik & Industrie

Wie packt man es, bei einem Tunnelprojekt nicht aneinander vorbei zu bohren? Oder: Warum steht das eigene Regal immer schief, ein 300 Meter hohes Bauwerk aber kerzengerade? Weil überall Geodäten im Spiel waren.

Klima & Umwelt

Was passiert wo, wenn es weiter wärmer wird? Was, wenn sich eine Kontinentalplatte weiter auf eine andere schiebt? Wie ändern sich unsere Lebensbedingungen, wenn wir so weiter machen - oder etwas ändern? Geodäten geben messbare Antworten.

Grund & Boden

Jeder hat schon Geodäten gesehen. Autofahrer bremsen, weil sie an (auffällige!) Radarkontrollen glauben. Kinder bleiben stehen und wollen von ihren Müttern auch eine grellbunte Sicherheitsweste haben. Aber was machen wir da überhaupt?

Apps & Mobilität

Früher meinte der Fahrlehrer nur "Bei der nächsten Gelegenheit rechts ab.". Das genügt heute keinem mehr. Sackgassen, neue Kreisel, Abfahrten, Gebäude - ein modernes Navi weiß einfach alles. Aber nur durch die Geodäten...

Praxis und Alltag

Klima & Umwelt

Katastrophenschutz

 

Ein Plan für den Notfall

Erdbeben und Tsunami, Jahrhundertsturm, Hochwasser, ein Vulkanausbruch: Auch Naturkatastrophen gehören zum dynamischen System der Erde und damit zu unserem Lebensraum. Verhindern lassen sie sich kaum. Allerdings können wir Menschen mit den richtigen Mitteln und Methoden ihre Auswirkungen abmildern. Dafür brauchen wir ein vorausschauendes Katastrophenmanagement, noch bevor die Katastrophe überhaupt eingetreten ist. Als Geodät spielst du dabei eine wichtige Rolle.

Die Erde verändert sich ständig, und nicht immer zum Wohl der Lebewesen, die auf ihr leben. Egal, ob sich solche Veränderungen schnell – Stichwort: Erdbeben – oder etwas langsamer – Stichwort: der von Menschen verursachte Klimawandel – vonstattengehen: Wenn diese Veränderungen hohe Verluste von Menschenleben, Sachwerten oder Umweltgütern nach sich ziehen, sprechen wir von einer Katastrophe.

Verhindern können wir derartige Katastrophen zwar nicht. Allerdings können wir versuchen, die katastrophalen Auswirkungen so gering wie möglich zu halten. Dabei helfen uns beispielsweise Risikoanalysen. Sollte das Neubaugebiet wirklich so nahe am Fluss ausgewiesen werden oder ist das eher eine schlechte Idee? Derartige Risikoanalysen sind die Aufgabe des Katastrophenschutzes, der neben zahlreichen Experten anderer Fachrichtungen auch Geodäten wie dich benötigt.

Denn du kannst raumbezogene Einheitsgrößen – also jener Raum, in dem sich die Katastrophe hoffentlich nicht ereignet, aber eben ereignen könnte – zuverlässig, genau und eindeutig erfassen. Auf dieser Grundlage kann ein gut funktionierendes Krisenmanagement überhaupt erst entwickelt und kommuniziert werden. Luft- und Satellitenaufnahmen helfen bei der Planung der Infrastruktur, beispielsweise für eine Großveranstaltung. Nicht nur die Einsatzkräfte müssen ihre Aktivitäten koordinieren, auch Besucherströme können so besser geplant, Fluchtwege gefunden werden.

Deine Daten und Messungen tragen auch dazu bei, Frühwarnsysteme für Erdbeben zu verbessern. Auch Nachhaltigkeitsanalysen können durchgeführt werden. Und im Fall der Fälle ermöglichen die von dir erfassten Geodaten, belastbare Notfallpläne zu aufzustellen, zu koordinieren und auszuführen. Aus diesen Daten ist dann zum Beispiel ersichtlich, welche Straßen nach einer Katastrophe noch mit welchen Fahrzeugen befahrbar sind, wo es Trinkwasserstellen bzw. ärztliche Versorgung gibt und wo welches Material zum provisorischen Wiederaufbau lagert. Du kannst also mithelfen, die Auswirkung einer Katastrophe so klein wie möglich zu halten und im Ernstfall am Wiederaufbau mitwirken.

Quelle: © ZKI/DLR
Zum Evangelischen Kirchentag im Jahr 2017 in Wittenberg wurden rund hunderttausend Besucher erwartet. Die Luftbildaufnahmen zeigen die Infrastruktur der Veranstaltung und ermöglichen es den Einsatzkräften, ihre Aktivitäten besser zu planen.

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Klima & Umwelt

Wann kommt die Flut?

Geodäsie und Hochwasserschutz

Wenn man zu nah am Wasser gebaut hat, sollte man Vorkehrungen treffen. Aber es sind nicht nur die zunehmende Nutzung von gewässernahen Bereichen, sondern auch klimatische Einflüsse und Veränderungen, die den Hochwasserschutz immer wichtiger machen. Zu einem solchen Hochwasserschutz tragen auch Geodäten bei: Du hilfst somit, die Schäden durch Hochwasser zu begrenzen und unseren Lebensraum Erde zu sichern.

Hochwasser und Überflutungen, die beispielsweise durch lang anhaltenden oder starken Regen entstehen können, sind erdgeschichtlich gesehen beileibe keine seltene Überraschung. Stattdessen stellen sie mit all ihren Begleiterscheinungen wie etwa Schlammlawinen eine natürliche Regelmäßigkeit dar. Das ist natürlich wenig tröstlich, wenn der Keller unter Wasser steht oder das Auto permanent absäuft. Leider waren die Fragen nach dem genauen Wann und Wo eines Hochwassers schon immer schwierig zu beantworten.

Dass die Prognosen relativ unsicher sind, hat mehrere Gründe. Einerseits ändert sich das Klima schneller als gedacht. Andererseits ist die natürliche Entwicklung von Fließgewässern kaum planbar. Und dann sind da auch noch wir Menschen. Wir greifen in den Naturhaushalt ein, indem wir die Erdoberfläche mit unseren Gebäuden und unseren Straßen versiegeln oder Grünland in weniger versickerungsfähiges Ackerland umwandeln.

Deshalb ist es unerlässlich, den Wasserkreislauf genau zu erforschen. Das geht nur gemeinsam: Hydrologen, Meteorologen, Geologen, Geophysiker und Geodäten arbeiten zusammen, um die Risiken von Hochwasser besser abzuschätzen und um sichere Vorhersagen treffen zu können. Und du kannst dazu mit verschiedenen geodätischen Techniken beitragen. Durch Satellitengeodäsie und Fernerkundung kannst du die Erdoberfläche mit all ihren Details erfassen. Und daraus lassen sich wiederum zuverlässige Modelle erstellen, die sowohl einen bestmöglichen Hochwasserschutz garantieren als auch die Erstellung von Notfallplänen unterstützen.

Im Bereich der Landentwicklung kannst du dich beispielsweise im Werkzeugkasten der Vorsorge bedienen, indem du Flurneuordnung betreibst. Denn bei jeder Planung neuer Wege- und Gewässernetze ist es sehr wichtig, dafür zu sorgen, dass Wasser zurückgehalten wird und langsam und geregelt abfließen kann. Das kannst du schaffen, indem Wasserläufe renaturiert und Verdunstungs- und Versickerungsbecken eingeplant werden. Dort wird das Wasser zurückgehalten und der Abfluss verlangsamt.

Darüber hinaus kannst du im Fall des Falles den technischen Hochwasserschutz unterstützen, indem du passende Flächen für seine Maßnahmen bereitstellst, die dann eben nicht anderweitig bebaut werden. Große Rückhaltebecken und Dammrückverlegungen können so schnell und einfach umgesetzt werden – im Fall der Fälle, wenn die Flut kommt.

Hochwasser kommt regelmäßig. Um die Schäden so gering wie möglich zu halten, haben Geodäten entsprechende Überflutungsflächen ermittelt.

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Sonnenbrille oder Regenschirm?

GPS als Wettersensor

Galileo, GLONASS, GPS: Nicht nur Autofahrer wären heutzutage ohne die Positionsbestimmung mithilfe von Satellitensystemen oft aufgeschmissen. Die Satelliten selbst befinden sich 20.000 Kilometer über der Erde und schicken ihre Signale auf dem Weg zum Navigationssystem oder Smartphone durch die gesamte Erdatmosphäre. Die Atmosphäre ist der Ursprung unseres irdischen Wetters und deshalb kannst du als Geodät GPS-Signale nicht nur nutzen, um zu wissen, wo du bist, sondern auch, um Wettervorhersagen schneller und zuverlässiger zu machen.

Die Prognosen von Wetterdiensten entsprechen oft den Tatsachen. Manchmal aber auch nicht, was besonders ärgerlich ist, wenn eine geplante Freizeitaktivität buchstäblich ins Wasser fällt. Diese Lücke zwischen Vorhersage und Wirklichkeit können Geodäten mithilfe von GPS-Beobachtungen verringern.

Zwar sind Geodäten keine geborenen Wetterfrösche. In erster Linie interessieren sie sich für die GPS-Daten aus dem Zweck, für den die Satelliten dafür überhaupt erst ins All geschossen worden sind: sie brauchen hochgenaue Positionsbestimmungen auf der Erde. Dafür wertet ein GPS-Empfänger die Laufzeiten der Satellitensignale aus. Wie lange braucht ein Signal vom Satelliten in 20.000 Kilometern Höhe über der Erdoberfläche bis zum Empfangsgerät auf besagter Erdoberfläche?

Dabei steht allerdings eines im Weg: die Erdatmosphäre. Sie kann aufgrund der unterschiedlichen Drücke, Temperaturen und Dichten die Laufzeit des GPS-Signals beeinflussen. So kommt es beispielsweise darauf an, wie viel Wasserdampf in der Troposphäre als der untersten Schicht der Erdatmosphäre enthalten ist, denn je nachdem braucht das GPS-Signal ein klein wenig länger. Das ist ärgerlich, wenn du deine Position mit hoher Präzision bestimmen willst, denn dann musst du diesen Störfaktor ausschließen.

Andererseits ist diese leichte Verzögerung praktisch, wenn dich das Wetter interessiert. Denn mit ihrer Hilfe kannst du eben auch umgekehrt auf den Wasserdampfgehalt in der Troposphäre schließen. Und diese Messgröße verrät dir unter anderem, wie sich die Wolkenbildung entwickelt und beantwortet somit die Frage: Wird es regnen oder nicht? Mit den Informationen aus den GPS-Signalen könnten Geodäten daher die Modelle über die physikalischen Eigenschaften der Erde füttern und verbessern.

Darüber hinaus tragen auch im Weltraum durchgeführte Messungen zwischen den Satelliten zu einer besseren Wettervorhersage bei. Und: Geht's los oder lieber noch nicht? Du trägst nämlich auch dazu bei, die optimalen Bedingungen für Satellitenstarts zu finden. Denn zusätzlich können Geodäten auf ganz ähnliche Art und Weise nicht nur das irdische, sondern auch das Weltraumwetter vorhersagen – beispielsweise den Ionisierungsgrad der Erdatmosphäre, also wie viele geladene Teilchen diese in über fünfzig Kilometern Höhe über der Oberfläche enthält. So sorgst du dafür, die optimalen Bedingungen für Satellitenstarts zu finden.

Ausgestattet mit GPS-Antenne und Empfangsgerät kannst du aus den empfangenen Signalen die Position, aber auch Störsignale ablesen.

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Das Land Unter

Vermessung unter Wasser mit Hydrographie

Riffe, wandernde Sanddünen, Schiffs- und Flugzeugwracks, ganze Berge: Wie viele Geheimnisse wohl noch tief am Grund des Meeres verborgen sind? Mithilfe der Hydrographie kannst du es herausfinden. Als Teilgebiet der Geodäsie befasst auch sie sich mit der Vermessung und der Kartierung unserer Welt – allerdings der unter Wasser.

Und das trifft sich gut, schließlich sind über siebzig Prozent der Erdoberfläche von Wasser bedeckt. Die Erde hat sich ihren Titel als Blauer Planet also redlich verdient. Tatsächlich kennen wir die Oberfläche des Roten Planeten, des Mars, besser als unsere eigene, denn Meeres-, See- und Flussgründe sind auch heutzutage oft nur lückenhaft erfasst.

Dabei brauchen wir diese Informationen. Die Schifffahrt sorgt schließlich dafür, dass wir uns selbst und vor allem unsere Waren um die ganze Welt schicken können. Passiert ein Unfall, kann dieser riesige Schäden für die Natur und die Umwelt nach sich ziehen, nicht zu sprechen von bedrohten Menschenleben. Den Boden unter dem Kiel eines Schiffs möchte man somit möglichst genau kennen. Kein Wunder, dass Seekarten früher wie Staatsgeheimnisse gehütet wurden. Heutzutage kannst du dir selbst welche kaufen, oder sie zumindest in geringer Auflösung in Google Earth betrachten.

Die Hydrographie spielt aber nicht nur in der Schifffahrt eine Rolle, sondern beispielsweise auch bei den Windparks in der Nord- und Ostsee. Du kannst vermessen, wo der Untergrund am besten dafür geeignet ist, ein tonnenschweres Windrad dauerhaft stabil zu platzieren. Zudem kannst du Fragen klären, wie was verbirgt sich am Meeresgrund, das zwar spannend, aber trotzdem im Weg sein könnte: Wracks im Untergrund? Unterseekabel? Archäologische Relikte?

Dein Werkzeug bei Vermessungen unter Wasser ist vielfältig, hoch spezialisiert und oft ziemlich teuer. Du setzt beispielsweise Echolote ein und kombinierst deren Messergebnisse unter anderem mit Satellitenpositionierungsverfahren, um daraus Seekarten zu erstellen. Das geht von Flüssen und Binnengewässer genauso wie von einem Punkt mitten im Eismeer aus. Du kannst aber auch noch tiefer eindringen, mithilfe von Instrumenten, deren akustische Signale auch noch ein Stück in den Boden eindringen können, um herauszufinden, was sich unter dem Seegrund befindet. Tatsächlich verraten dir auch Störungen im Erdmagnetfeld, ob sich dort etwas Metallisches verbirgt.

Ein Hydrograph liefert somit die Grundlagen für Projekte in der Schifffahrt, beim Küstenschutz, für den Bau von Pipelines, Windkraftanlagen- und Brückenbau, aber auch für die Ressourcengewinnung aus dem Meer. Wenn du unternehmungslustig veranlagt bist, kannst du dich im Rahmen von internationalen Projekten auf allen Weltmeeren tummeln. Zu Hause bleiben, geht aber genauso gut. Dann kannst du den Geheimnissen der Flüsse und Seen „auf den Grund“ gehen, Vermessungen vom Land aus organisieren oder Karten erstellen.

Auch so kann ein Arbeitsplatz aussehen:
An Bord des Forschungsschiffs Polarstern können Geodäten den Meeresgrund vermessen - und unter anderem auf Jagd nach Unterwasserbergen gehen.

Bildquelle: Jan Erik Arndt

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