Geophysik

Die Geophysik ist ein Teilgebiet der Geowissenschaften und gleichzeitig der Physik. Sie erforscht die physikalischen Eigenschaften und Vorgänge 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.

Teilbereiche

Die Geophysik lässt sich nach unterschiedlichen Kriterien in weitere Teilgebiete untergliedern. Je nach gewähltem Kriterium ergeben sich unterschiedliche Untergliederungen, deren enthaltene Teilgebiete sich teils überlappen können. Ein solches Kriterium zur Untergliederung ist die räumliche Aufteilung der Erde in mehrere Sphären, auf deren Erforschung sich verschiedene Teilgebiete spezialisiert haben:

• Die Physik der festen Erde, oft auch als „Geophysik im engeren Sinne“ oder „Allgemeine Geophysik“ bezeichnet. Dieser Bereich gliedert sich wiederum in folgende Teildisziplinen:
  • Physikalische Geodäsie und Gravimetrie
  • Seismologie und die Struktur des Erdinneren
  • Erdmagnetismus
  • Gesteinsphysik
  • Geodynamik
• Die Hydrologie, oder Physik der Hydrosphäre (einschließlich der Wissenschaft vom Wasserbau und der Wasserwirtschaft).
• Die Meteorologie, oder Physik der unteren Atmosphäre (insbesondere der Troposphäre).
• Die Aeronomie, oder Physik der hohen Atmosphäre oder Hochatmosphäre (einschließlich der Ionosphäre und Magnetosphäre).
• Die Planetologie als Verallgemeinerung der Geophysik auf andere Planeten (wobei man die Geophysik auch umgekehrt als Teilgebiet der Planetologie ansehen kann).

Alternativ lässt sich die Geophysik auch nach den verwendeten Forschungsmethoden und deren Anwendungsbezug untergliedern. Diese Untergliederung wird besonders häufig auf die Physik der festen Erde, oder „Allgemeine Geophysik“ angewandt, wobei sich die folgenden drei Teilbereiche ergeben:

• Die theoretische Geophysik befasst sich mit den mathematischen Grundlagen der Geophysik und deren Anwendung zur Simulation geophysikalischer Vorgänge. Einige typische Themen der theoretischen Geophysik sind die Strömungsmechanik, die Potentialtheorie, die Wellengleichungen oder die Geodynamik.
• Die experimentelle Geophysik befasst sich mit Laborversuchen. Häufig geht es dabei um die Untersuchung von Materialeigenschaften, unter Bedingungen, wie sie im Erdinnern herrschen. Handelt es sich bei den untersuchten Materialien um Gesteine, so nennt man diesen Forschungszweig auch Petrophysik. Ein typisches Beispiel wäre die Bestimmung der Schall-Leitfähigkeit verschiedener Gesteine unter hohem Druck in einer Materialpresse. Letztlich wird manchmal auch die Numerische Simulation der experimentellen und nicht der theoretischen Geophysik zugeordnet.^[1]
• Die Angewandte Geophysik befasst sich mit der Erkundung des Untergrundes mit geophysikalischen Messmethoden für praktische Anwendungen. Am bedeutendsten ist die Exploration zur Suche von Rohstoffen, wie zum Beispiel Erdöl, Wasser oder Erzen. Auch die Auffindung geeigneter Endlagerstätten, die Untersuchung von Deponien und anderen Altlasten, die Baugrunduntersuchung, und die Untersuchung des Untergrundes zu Zwecken der Landwirtschaft (Agrogeophysik) fallen in diesen Bereich. Letztlich werden Methoden der angewandten Geophysik auch für akademische Fragestellungen, insbesondere in der Archäologie (Archäometrie), eingesetzt. Werden geophysikalische Erkundungen nicht von der Erdoberfläche, sondern von einem Bohrloch aus durchgeführt, so spricht man von der Bohrlochgeophysik, einem weiteren Unterbereich der angewandten Geophysik.

Da sich die Geophysik vornehmlich mit jenen Gebieten der Erde befasst, die für direkte Messungen nicht zugänglich sind, werden oft Verfahren der Fernerkundung eingesetzt. Diese laufen meist darauf hinaus, dass ein physikalisches Feld nahe der Erdoberfläche ausgemessen wird, um es dann mit mathematischen Methoden in die interessierenden Tiefen- oder Höhenbereiche zu extrapolieren. Die Details der angewandten Mess- und Auswertungsverfahren variieren stark je nach der untersuchten Messgröße (Erdbeschleunigung, elektrische oder magnetische Feldstärke, etc.), dem beobachteten Frequenzbereich, und der dabei auftretenden grundlegenden Feldcharakteristik (Potentialfeld, Diffusionsfeld oder Wellenfeld; abhängig von den zugrunde liegenden Differentialgleichungen). Insbesondere die Feldcharakteristik hat großen Einfluss auf die verwendbaren Auswertungsverfahren. Daher seien hier einige typische Erkundungsverfahren der Geophysik nach der zutreffenden Feldcharakteristik aufgeführt:

• Potentialverfahren (Potentialfelder, elliptische Differentialgleichungen)
  • Geoelektrik
  • Geomagnetik
  • Geothermik
  • Gravimetrie
• Diffusionsverfahren (Diffusionsfelder, parabolische Differentialgleichungen):
  • Magnetotellurik (MT, auch Spezialformen wie AMT, LMT, RMT)
  • Geoelektromagnetik (inklusive Transienter Elektromagnetik, kurz TEM)
  • Very Low Frequency (kurz VLF-Verfahren)
• Wellenverfahren (Wellenfelder, hyperbolische Differentialgleichungen):
  • Seismologie und Seismik
  • Georadar (Ground Penetrating Radar, kurz GPR)
• Sonderfall (Strahlung):
  • Radiometrie

Fachverbände

Die globalen Forschungsagenden der Geophysik werden im Rahmen der IUGG (Internationale Union für Geodäsie und Geophysik) und ihren 7 Assoziationen koordiniert.
Die weltweit größte Geophysikalische Gesellschaft mit Schwerpunkt im akademischen Bereich ist die American Geophysical Union (AGU) mit über 58.000 Mitgliedern. Der größte Dachverband angewandter Geophysik, speziell der Rohstoffsuche ist die Society of Exploration Geophysicists (SEG) mit ca. 28.000 Mitgliedern. Die Deutsche Geophysikalische Gesellschaft (DGG) ist mit ungefähr 1.000 Mitgliedern der größte deutsche geophysikalische Fachverband.

Studiengänge

Deutschland

Geophysikalische Studiengänge werden nicht an allen Universitäten angeboten. Die Schwerpunktsetzung unterscheidet sich zwischen den einzelnen Hochschulen hinsichtlich geophysikalischer Fachbereiche. Manche Hochschulen bieten Geophysik als eigenständiges Fach an und andere Geophysik als Studienrichtung bzw. Schwerpunkt in den Studienfächern Geowissenschaften oder Physik. Die Anteile an geophysikalischen Inhalten können sich dabei unterscheiden und sind an der jeweiligen Hochschule herauszufinden. Zu Beachten ist, dass ein Master "Geophysik" nicht zwangsläufig mehr geophysikalische Lehrveranstaltungen beinhaltet, als z.B. ein Master Geowissenschaften mit Studienrichtung Geophysik.
Folgende Hochschulen in Deutschland bieten geophysikalische Studiengänge an:^[2]

• RWTH Aachen
  • B.Sc. Angewandte Geowissenschaften (geophysikalische Module)
  • B.Sc. Georessourcenmanagement (geophysikalische Module)
  • M.Sc. Applied Geophysics
  • M.Sc. Angewandte Geowissenschaften (geophysikalische Wahlmodule)
  • M.Sc. Georessourcenmanagement (geophysikalische Wahlmodule)

• Freie Universität Berlin
  • B.Sc.in Geologischen Wissenschaften (geophysikalische Module)
  • M.Sc. der Geologischen Wissenschaften / Schwerpunkt Geophysik

• Technische Universität Berlin
  • B.Sc. Geotechnologie / Wahlbereich Angewandte Geophysik
  • M.Sc. Geotechnologie / Schwerpunkt Angewandte Geophysik ^[3]

• Universität Bonn
  • B.Sc. Geowissenschaften
  • M.Sc. Physik der Erde und Atmosphäre (in Kooperation mit der Universität zu Köln)

• Technische Universität Braunschweig
  • B.Sc. Physik mit Vertiefungsrichtung Geo- und Astrophysik
  • M.Sc. Physik mit Vertiefungsrichtung Geo- und Astrophysik

• Universität Bremen
  • B.Sc. Geowissenschaften (geophysikalische Module)
  • M.Sc. Geowissenschaften (geophysikalische Module)
  • M.Sc. Marine Geosciences

• Ruhr-Universität Bochum
  • B.Sc. Geowissenschaften (geophysikalische Module)
  • M.Sc. Geowissenschaften ^[4]

• Universität Frankfurt
  • B.Sc. Geowissenschaften
  • M.Sc. Geowissenschaften / Schwerpunkt Geophysik

• Technische Universität Bergakademie Freiberg
  • B.Sc.. Geophysik und Geoinformatik
  • M.Sc. Geophysik

• Universität Göttingen
  • B.Sc. Physik mit Schwerpunkt Astro- und Geophysik
  • M.Sc. Physik / Forschungsschwerpunkt Astro- und Geophysik

• Universität Hamburg
  • B.Sc. Geophysik/Ozeanographie
  • M.Sc. Geophysik

• Friedrich-Schiller-Universität Jena
  • B.Sc. Geowissenschaften ^[5] (geophysikalische Pflicht- und Wahlpflichtmodule)
  • M.Sc. Geophysik ^[6]

• Karlsruher Institut für Technologie
  • B.Sc. Geophysik
  • M.Sc. Geophysik

• Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
  • B.Sc. Physik des Erdsystems: Meteorologie-Ozeanographie-Geophysik
  • M.Sc. Geophysik
  • M.Sc. Marine Geosciences
  • M.Sc. Climate Physics: Meteorology and Physical Oceanography

• Universität zu Köln
  • B.Sc. Geophysik und Meteorologie
  • M.Sc. Physik der Erde und Atmosphäre (in Kooperation mit der Universität Bonn)

• Universität Leipzig
  • M.Sc. Geowissenschaften: Umweltdynamik und Georisiken

• Ludwig-Maximilians-Universität München
  • B.Sc. Geowissenschaften (Vertiefungsrichtung Geophysik)
  • M.Sc. Geophysics

• Westfälische Wilhelms-Universität Münster
  • B.Sc. Geophysik
  • M.Sc. Geophysik

• Universität Potsdam
  • B.Sc. Geowissenschaften (Schwerpunktsetzung Geophysik möglich)
  • M.Sc. Geowissenschaften / Vertiefungsrichtung Geophysik

Einzelnachweise und Fußnoten

Literatur

• Hans Berckhemer: Grundlagen der Geophysik. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1990, ISBN 3-534-03974-2
• Klaus Knödel, Heinrich Krummel, Gerhard Lange (Hrsg.): Geophysik. In: Handbuch zur Erkundung des Untergrundes von Deponien und Altlasten (Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe), Springer Verlag, Berlin 2005, ISBN 3-540-22275-8
• William Lowrie: Fundamentals of Geophysics. Cambridge University Press, 2007, ISBN 0-521-67596-0

Weblinks

Wiktionary: Geophysik – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Homepage der deutschen Geophysikstudenten
• Deutsche Geophysikalische Gesellschaft (DGG)
• AGU American Geophysical Union
• SEG The Society of Exploration Geophysicists
• Geosciences-Forum: Geophysik
• Informationen der DGG zu Geophysik-Bachelor-Studiengängen
• Informationen der DGG zu Geophysik-Master-Studiengängen