Detailseite
Projekt
Folgeantrag 2. Phase: Mobiler Magnet-Resonanz-Sensor mit supraleitender Spule zur Präpolarisation im oberflächennahen Untergrund (MoreSpin)
Fachliche Zuordnung
Physik des Erdkörpers
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456346847
Das Ziel des MoreSpin-Projektes ist die Entwicklung eines mobilen NMR-Sensors zur Kartierung des Bodenwassergehaltes bis zu einer Tiefe von etwa zwei Meter. Die in Böden gespeicherte Feuchtigkeit ist für eine Vielzahl von ökologischen Prozessen entscheidend. Durch seine Funktion als Schnittstelle zwischen Atmosphäre und Lithosphäre spielt der Boden eine wesentliche Rolle beim Transfer von Wasser, den darin gelösten Stoffen und der damit verbundenen Energie. Derzeit existieren keine adäquaten direkten Methoden zur Bestimmung der Bodenfeuchte für alle notwendigen zeitlichen und räumlichen Größenordnungen, d.h. direkte Methoden sind auf der km-Skala mit unverhältnismäßigem Aufwand verbunden und gewöhnliche geophysikalische Methoden, die auf der km-Skala verfügbar sind, sind indirekt und leiden damit unter Mehrdeutigkeiten. Als zerstörungsfreie von der Oberfläche aus einsetzbare direkte Methode hat Kernspinresonanz (NMR) als Oberflächen-NMR (SNMR) Einzug in den geophysikalischen Methodenkanon gefunden. Das konventionelle SNMR-Verfahren eignet sich allerdings nicht, die oberflächennahen bodenphysikalischen Parameter zu messen, da einerseits keine ausreichende Sensitivität innerhalb der ersten 2 m besteht, andererseits die Messungen zu zeitaufwendig sind, um die Untersuchung großer Gebiete (km) zu erlauben. Auf Basis vielversprechender theoretischer Konzepte wurde im Projekt MoreSpin begonnen, einen NMR-basierten Bodenfeuchtesensor zu entwickeln. Dieser soll einen ausreichend schnellen Messfortschritt sowie die nötige tiefendifferenzierte Sensitivität aufweisen, um Kartierungen der Bodenfeuchte auf der Feldskala zu ermöglichen. Die Machbarkeit des Konzepts des mobilen NMR-Sensors, basierend auf einer supraleitenden Spule zur Präpolarisation im oberflächennahen Untergrund in Verbindung mit adiabatischen Pulsen und einer kleinen punktförmigen Empfängersensorik, wurde in der ersten Projektphase numerisch, im Labor und in ersten Feldexperimenten erfolgreich validiert. Der neue, mobile NMR-Sensor verspricht damit, zerstörungsfrei Bodenfeuchtekarten für verschiedene charakteristische Tiefen (z.B. Oberboden, Wurzelzone, Unterboden) auf der km-Skala zu erstellen und hat das Potenzial, für viele existierende geowissenschaftliche Forschungsfelder - von Stofftransportprozessen im Zusammenhang mit Permafrostfragestellungen und Klimamodellierungen, über Forschungsthemen der Grundwasserneubildung und des Bodenschutzes bis hin zur Nahrungsmittelsicherheit - neue wissenschaftliche Analysemöglichkeiten zu eröffnen. Ziel der zweiten Phase ist der Aufbau und die Erforschung eines ersten Felddemonstrators. Der Sensor wird in einem ersten bodenphysikalischen Projekt Anwendungen finden und wird dabei mit etablierten und neuen Methoden verglichen.
DFG-Verfahren
Neue Geräte für die Forschung
