Elektrische Eigenschaften gefrorener Gesteins- und Bodenproben

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Hördt; Professor Dr. Andreas Kemna
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 570259278

Mehr als 15 % der Landoberfläche der Erde sind von dauerhaft gefrorenem Boden bedeckt. Dieser sogenannte Permafrost ist durch den Klimawandel bedroht, mit Risiken für Gebäude, Brücken und andere Infrastrukturen. Zudem kann auftauender Permafrost Treibhausgase freisetzen, die zur Verstärkung des Treibhauseffekts beitragen. Solche Emissionen sind insbesondere in subarktischen Regionen relevant, wo Permafrost großflächig in Torfmooren vorkommt. Ob und wie schnell Permafrostböden durch die globale Erwärmung auftauen und welche Konsequenzen dies hat, hängt von den lokalen Bedingungen ab und ist noch nicht in allen Szenarien vollständig verstanden. Um auf diesem Gebiet wissenschaftliche Fortschritte zu erzielen, sind sowohl großflächige Erkundungen als auch lokale Studien unerlässlich. Zur Untersuchung des Untergrunds werden neben Bohrungen und Satellitenmessungen auch geophysikalische Methoden eingesetzt. Ein sehr vielversprechendes Verfahren ist die Wechselstromgeoelektrik, mit der die räumliche Verteilung der frequenzabhängigen elektrischen Leitfähigkeit gemessen wird. Wenn die Messungen breitbandig im Frequenzbereich um 10 kHz durchgeführt werden, ist die Methode geeignet, Eis im Untergrund zu detektieren und zu quantifizieren – was für die Vorhersage der zeitlichen Entwicklung von Permafrostböden von großer Bedeutung ist. Um das Potenzial der Wechselstromgeoelektrik zur Quantifizierung von Eis und zur Charakterisierung von Permafrostböden voll ausschöpfen zu können, muss das Verständnis der Zusammenhänge zwischen elektrischen Eigenschaften und Eisgehalt verbessert werden. Hierzu werden in diesem Vorhaben systematische Labormessungen an gefrorenen Bodenproben unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt. Es werden unter anderem neue Proben aus subarktischen Regionen genommen, insbesondere solche mit hohem Anteil an organischem Material, die für gefrorene Torfmoore typisch sind. Die Ergebnisse der Labormessungen werden mithilfe theoretischer Überlegungen und numerischer Simulationen analysiert, um allgemeine Zusammenhänge zwischen Eisgehalt und elektrischen Eigenschaften ableiten zu können. Hierdurch wird ein grundlegendes Verständnis erlangt, das erforderlich ist, um Permafrostböden in der Praxis effizient und zuverlässig charakterisieren zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen