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Geophysik

Die Geophysik ist ein Teilgebiet der Geowissenschaften und gleichzeitig der Physik. Sie erforscht die physikalischen Eigenschaften und Vorgänge (Prozesse) der Erdkruste und des Erdinnern (Physik der festen Erde, die Geophysik im engeren Sinn), umfasst aber genauso die Physik der Ozeane (Ozeanografie), der Atmosphäre (Meteorologie) und der Planeten unseres Sonnensystems.

Sie beschäftigt sich dabei vornehmlich mit natürlichen Erscheinungen und Vorgängen der Erde und ihrer Umgebung sowie mit technischen Aspekten (s. Angewandte Geophysik) und geophysikalischen Karten.

Sie unterscheidet sich von anderen Geowissenschaften insbesondere dadruch, dass sie sich pysikalischer, also vorrangig mathematischer Methoden bedient.

Die Geophysik hat sich als Zweig der klassischen Physik entwickelt und schon vor mehr als 100 Jahren als eigenständige Wissenschaft etabliert. Geophysik ist im weitesten Sinne die Wissenschaft von der Erforschung und Beschreibung der Erde und ihres Umfeldes mit den Methoden der Physik. Hierzu gehörten anfangs auch die Meteorologie und die Meereskunde, die sich aber als eigenständige Disziplinen entwickelt haben. Die Geophysik heute ist daher im wesentlichen die Physik der festen Erde sowie der oberen (leitfähigen) Atmosphäre. Dabei beschäftigt sich die Geophysik mit Phänomenen, die in Raum und Zeit viele Größenordnungen umfassen. Vom Forschungsobjekt her gesehen gehört die Geophysik zu den Erdwissenschaften wie z.B. Geologie und Mineralogie, von der Wissenschaftsmethodik her aber zur Physik.

Vulkanausbrüche, Erdbeben und Kontinentalverschiebung sind besonders spektakuläre Phänomene, mit denen sich die Geophysik befasst. Wann brechen Vulkane aus? Wie entstehen Erdbeben? Warum und wo entstehen Lagerstätten mit wertvollen Rohstoffen? Was sind die treibenden Kräfte und Prozesse hinter diesen Vorgängen? Wie sieht die Dynamik des Erdinneren aus? Wie ist das Erdinnere überhaupt aufgebaut? Welche Wechselwirkung besteht zwischen fester Erde, Ozean und Atmosphäre? Alles Fragen, die schon länger Schwerpunkte geophysikalischer Forschung bilden und auch in Zukunft bilden werden.

Durch das Studium des Aufbaus und der Dynamik des Erdinneren trägt die Geophysik maßgeblich zum Konzept der "Globalen Plattentektonik" bei. Sie befaßt sich mit der Entwicklung der Erde, der Bildung von Ozean- und Sedimentbecken, Kontinenten, Gebirgen und den damit einhergehenden Prozessen, wie z.B. Erdbeben und Vulkanismus. Auch für die aktuellen Umwelt- und Klimafragen werden geophysikalische Methoden eingesetzt.

Die Angewandte Geophysik erkundet die obersten Schichten der Erde und leistet grundlegende Beiträge bei der Suche nach Bodenschätzen und Rohstoffen sowie für die Abfallbeseitigung. Sie stellt somit einen wichtigen wirtschaftlichen Faktor dar. Zusammen mit anderen geowissenschaftlichen Disziplinen liefert die Geophysik wichtige Beiträge zum mittel- und langfristigen Katastrophenschutz sowie zur Rohstoffsicherung und zum Umweltschutz.

Da das tiefere Erdinnere nicht mit Bohrungen erschlossen werden kann, benutzt die Geophysik indirekte Methoden, um Aufschluss über den tieferen Untergrund und die darin ablaufenden Prozesse zu gewinnen. Diese Verfahren beinhalten u.a. die Beobachtung des Temperatur-, Schwere- oder Magnetfelds der Erde, oder die Auswertung der bei Erdbeben erzeugten seismischen Wellen.

Während in der Physik kontrollierte und idealisierte Laborexperimente durchgeführt werden können, bestimmt in der Geophysik die Natur die Experimente. Die geophysikalischen Messexpeditionen müssen zudem häufig in unwegsamen und entlegenen Gebieten durchgeführt werden. Die Geophysiker/innen beobachten die Naturereignisse oder führen Feldmessungen durch und analysieren und interpretieren die gewonnen Daten physikalisch. Aufwendige Computersimulationen werden dabei immer wichtiger, um komplexe Vorgänge in der Erde zu verstehen. Diese Modellierungen, also die Vorhersage der Beobachtungen aus Computerberechnugen von Modellvorstellungen, sind z.T. sehr schwierig und umfangreich. Die Umsetzung von Modellen in ausführbare Computerprogramme ist ein anderer Aspekt geophysikalischer Arbeitsweise, der von großer Bedeutung ist. Der Einsatz von hochleistungsfähigen Rechnern in der Geophysik ist daher allgemeine Praxis. Diese Rechner werden benutzt, um zum einen große Mengen von Beobachtungsdaten zu bearbeiten und zum anderen um anspruchsvolle Modellrechnungen durchzuführen. Die gewonnenen Modellvorstellungen werden an den Beobachtungen überprüft und aus den Abweichungen zwischen den Modellergebnissen und den Beobachtungen können verbesserte Modellvorstellungen entwickelt werden.

Anwendung in der Geothermie

In der Geothermie ist die Geophysik zunächst zuständig für die Erforschung der thermischen Bedingungen in der Erde, die Entstehung der derzeitigen Situation und für das Verstehen thermisch gesteuerter Prozesse.

In der Anwendung ist die Geophysik ein wesentlicher Bestandteil der Exploration geothermischer Lagerstätten.