WEBVTT 00:00.000 --> 00:04.500 Bis ins Jahr 1993 wurde der alte Flugplatz in Karlsruhe vom 00:04.500 --> 00:06.220 amerikanischen Militär genutzt. 00:06.800 --> 00:10.380 Alte Fotoaufnahmen zeigen die Bebauung mit Flugzeughangars und einem 00:10.380 --> 00:11.400 Kontrollturm. 00:11.940 --> 00:15.180 Nachdem das Gelände an die Stadt Karlsruhe übergeben wurde, wurden 00:15.180 --> 00:18.920 Gebäude und Turm abgerissen und es bildete sich ein Biotop für 00:18.920 --> 00:23.160 zahlreiche Spinnen, Insekten und Vögel, das heute zum Großteil unter 00:23.160 --> 00:24.040 Naturschutz steht. 00:25.040 --> 00:28.800 Kann man im Untergrund noch Überreste der früheren Bebauung finden, 00:29.200 --> 00:31.480 die eventuell schädlich für das Biotop sind? 00:32.340 --> 00:36.320 Solche archäologischen Fragestellungen werden mit geophysikalischen 00:36.320 --> 00:39.140 Methoden, wie zum Beispiel der Geomagnetik, untersucht. 00:39.740 --> 00:43.180 Mit ihrer Hilfe lassen sich unterirdische Strukturen ohne 00:43.180 --> 00:45.320 Grabungsaufwand effektiv kartieren. 00:46.080 --> 00:49.960 Alte Fundamente oder metallische Überreste beeinflussen das auf der 00:49.960 --> 00:51.480 Erde vorherrschende Magnetfeld. 00:51.480 --> 00:55.420 Wenn man die Variationen gegenüber dem natürlichen Erdmagnetfeld 00:55.420 --> 00:58.760 misst, kann man Rückschlüsse auf die Ursachen im Boden ziehen. 01:07.710 --> 01:09.430 Hallo und herzlich willkommen. 01:10.190 --> 01:13.550 Ich stelle Ihnen in diesem Video die Methode der Geomagnetik vor. 01:14.110 --> 01:17.630 Sie lernen dabei unterschiedliche Messinstrumente kennen, mit denen 01:17.630 --> 01:20.610 Variationen des Magnetfelds untersucht werden können. 01:21.090 --> 01:24.750 Sie werden typischerweise in großflächigen Kartierungen genutzt, um 01:24.750 --> 01:27.130 die Lage magnetischer Anomalien zu bestimmen. 01:27.130 --> 01:31.590 Eine Auswertung geomagnetischer Messungen wird am Ende des Videos 01:31.590 --> 01:35.870 zeigen, wie Anomalien im Untergrund des alten Flugplatzes in Karlsruhe 01:35.870 --> 01:37.130 interpretiert werden können. 01:38.030 --> 01:41.070 Die Geomagnetik ist ein passives Potentialverfahren. 01:41.710 --> 01:45.910 Sie nutzt das vorhandene Erdmagnetfeld und untersucht Variationen, die 01:45.910 --> 01:49.630 durch magnetisierte und magnetisierbare Strukturen im Untergrund 01:49.630 --> 01:50.710 hervorgerufen werden. 01:51.510 --> 01:55.170 Das Erdmagnetfeld wird hauptsächlich im Inneren der Erde erzeugt. 01:55.170 --> 02:00.170 Im äußeren Erdkern konvektiert heißes, elektrisch leitfähiges Gestein. 02:01.170 --> 02:04.810 Durch ein vorhandenes, schwaches Magnetfeld wird so Strom induziert, 02:04.930 --> 02:06.750 der das Magnetfeld weiter aufbaut. 02:07.750 --> 02:11.750 Dieser selbst verstärkende Prozess wird Geodynamo genannt und führt 02:11.750 --> 02:14.910 zur Bildung des Magnetfeldes, wie wir es auf der Erde kennen. 02:15.970 --> 02:20.430 Magnetisierte oder magnetisierbare Körper in der Erde beeinflussen das 02:20.430 --> 02:24.050 Erdmagnetfeld und rufen ein zusätzliches, lokal beschränktes 02:24.050 --> 02:24.930 Magnetfeld hervor. 02:25.890 --> 02:29.430 Dieses Feld überlagert das Hintergrundfeld der Erde, sodass ein 02:29.430 --> 02:30.550 Gesamtfeld resultiert. 02:31.350 --> 02:35.210 Aus Messungen dieses Gesamtfeldes kann man dann Rückschlüsse auf die 02:35.210 --> 02:37.370 Lage der Störkörper im Untergrund ziehen. 02:39.130 --> 02:42.810 Die Magnetisierbarkeit eines Körpers wird durch die magnetische 02:42.810 --> 02:44.710 Suszeptibilität angegeben. 02:45.150 --> 02:49.730 Sie ist einheitslos und kann Werte von –1 bis unendlich annehmen. 02:49.730 --> 02:54.650 Die Suszeptibilität Kaba ist die Materialeigenschaft, die in der 02:54.650 --> 02:56.030 Geomagnetik bestimmt wird. 02:57.090 --> 03:00.530 Die Suszeptibilität kann allerdings nicht direkt gemessen werden. 03:01.050 --> 03:04.370 Vielmehr misst man Variationen des Erdmagnetfeldes. 03:04.970 --> 03:08.590 Die Größe des Feldes ist die magnetische Flussdichte b. 03:09.170 --> 03:11.310 Sie ist die Messgröße der Geomagnetik. 03:12.310 --> 03:15.830 Mit Hilfe von Modellen kann man daraus auf die Verteilung von 03:15.830 --> 03:18.130 magnetisierten Körpern im Untergrund schließen. 03:20.350 --> 03:24.470 Weist ein Körper ohne äußeres Feld eine Magnetisierung auf, wird er 03:24.470 --> 03:26.530 als remanent magnetisiert bezeichnet. 03:27.250 --> 03:31.090 Hält die Magnetisierung nur an, wenn ein äußeres Feld anliegt, spricht 03:31.090 --> 03:32.870 man von induzierter Magnetisierung. 03:33.750 --> 03:36.830 Beide Auswirkungen sind mit der Geomagnetik messbar. 03:37.770 --> 03:41.410 Variationen des Feldes resultieren aber nicht nur aus den Anomalien im 03:41.410 --> 03:41.950 Untergrund. 03:41.950 --> 03:46.710 Etwa ein Prozent stammt aus Feldschwankungen in der hohen Atmosphäre. 03:47.430 --> 03:50.930 Um die Messergebnisse von zeitabhängigen Störungen bereinigen zu 03:50.930 --> 03:54.790 können, wird an einem Basispunkt in kurzen Abständen das Magnetfeld 03:54.790 --> 03:55.670 aufgezeichnet. 03:56.410 --> 03:59.730 Die eigentliche Kartierung des Untergrunds geschieht parallel dazu. 04:00.650 --> 04:04.510 Mit verschiedenen Instrumenten geht man das Untersuchungsgebiet ab, um 04:04.510 --> 04:08.390 ortsabhängige Variationen des magnetischen Feldes aufzufinden. 04:08.390 --> 04:12.870 Die Messinstrumente unterscheiden sich in ihrer Funktionsweise und in 04:12.870 --> 04:13.710 ihrer Messgröße. 04:14.150 --> 04:16.430 Vier Instrumente stelle ich Ihnen hier vor. 04:17.770 --> 04:20.430 Ich beginne mit dem sogenannten Torsionsmagnetometer. 04:21.010 --> 04:24.310 Es ist das älteste Funktionsprinzip und wird hauptsächlich zu 04:24.310 --> 04:28.030 Demonstrationszwecken verwendet, da es die Wirkung des Magnetfeldes 04:28.030 --> 04:29.170 sehr gut veranschaulicht. 04:29.890 --> 04:33.790 Allerdings ist es nur für Einzelmessungen geeignet, da es vor jeder 04:33.790 --> 04:35.510 Messung neu kalibriert werden muss. 04:35.510 --> 04:40.110 Im Instrument ist ein kleiner Stabmagnet zwischen zwei Metallfäden 04:40.110 --> 04:41.130 drehbar aufgehängt. 04:41.830 --> 04:46.190 In einem Magnetfeld erfährt nun der Stabmagnet ein Drehmoment d, das 04:46.190 --> 04:49.090 durch die Torsion der Fäden kompensiert werden kann. 04:49.790 --> 04:53.650 Das mechanische Drehmoment entspricht dann gerade dem magnetischen 04:53.650 --> 04:55.510 Drehmoment, das von außen einwirkt. 04:56.450 --> 04:59.610 Durch Gleichsetzen der beiden Größen lässt sich dann die 04:59.610 --> 05:03.250 Magnetfeldkomponente orthogonal zu den Torsionsfäden und dem 05:03.250 --> 05:04.630 Stabmagnet berechnen. 05:04.630 --> 05:07.770 Hier im Beispiel die Vertikalkomponente v. 05:08.730 --> 05:13.290 Um die Horizontalkomponente h zu messen, wählt man eine horizontale 05:13.290 --> 05:13.890 Aufhängung. 05:16.430 --> 05:20.650 Das Protonenmagnetometer hingegen misst die Größe der Totalintensität 05:20.650 --> 05:20.950 t. 05:21.570 --> 05:25.450 Das Instrument besteht aus einem nichtmagnetischen Gefäß, das in den 05:25.450 --> 05:28.510 meisten Fällen mit Petroleum oder auch Wasser gefüllt ist. 05:29.230 --> 05:33.050 Beide enthalten viele Wasserstoffatome, die für die Messung notwendig 05:33.050 --> 05:33.290 sind. 05:33.290 --> 05:38.370 Um das Gefäß ist eine Spule angebracht, mit der zunächst ein starkes 05:38.370 --> 05:39.810 Magnetfeld angelegt wird. 05:40.630 --> 05:44.370 Dieses Feld richtet den Kernspinn der Protonen in die Richtung des 05:44.370 --> 05:45.430 Magnetfeldes aus. 05:46.030 --> 05:50.290 Dann wird das künstliche Magnetfeld entfernt und die Protonen sind nur 05:50.290 --> 05:53.110 noch dem äußeren, zu messenden Magnetfeld ausgesetzt. 05:53.610 --> 05:57.570 Die Protonenspins beginnen dann, um die Richtung des Erdmagnetfeldes 05:57.570 --> 06:01.650 zu präzedieren, man könnte auch Kreiseln sagen, und induzieren eine 06:01.650 --> 06:04.030 Spannung in der Spule, die gemessen werden kann. 06:05.090 --> 06:08.690 Die Präzessionsfrequenz ist dabei proportional zur Stärke des 06:08.690 --> 06:09.490 Magnetfeldes. 06:10.390 --> 06:14.630 Die Messung mit dem Protonenmagnetometer ist sehr präzise und hat eine 06:14.630 --> 06:16.810 Genauigkeit von etwa einem Nanotesla. 06:17.530 --> 06:20.650 Auch dieses Verfahren ist nicht für kontinuierliche Messungen 06:20.650 --> 06:23.970 geeignet, da die Protonenpräzession schnell abklingt. 06:25.890 --> 06:30.050 Für kontinuierliche Messungen hingegen eignen sich zwei Instrumente, 06:30.190 --> 06:31.410 die ich Ihnen jetzt vorstelle. 06:31.810 --> 06:34.250 Das Fluxgate-Magnetometer und das Gradiometer. 06:35.810 --> 06:39.410 Mit einem Fluxgate-Magnetometer kann man je nach Ausrichtung eine 06:39.410 --> 06:41.530 Vektorkomponente des Magnetfeldes messen. 06:42.330 --> 06:46.430 Mit einem künstlich angeregten Feld der Stärke h magnetisiert man zwei 06:46.430 --> 06:48.390 Magnetspulenkerne aus Weicheisen. 06:48.390 --> 06:52.890 Das tut man periodisch, immer bis zur Sättigung, also maximaler 06:52.890 --> 06:54.350 magnetischer Flussdichte b. 06:55.210 --> 06:58.830 Dabei sind beide Kerne jeweils von zwei Spulen entgegengesetzt 06:58.830 --> 06:59.270 umwickelt. 07:00.010 --> 07:03.630 Ohne äußeres Magnetfeld würden sich so die künstlich induzierten 07:03.630 --> 07:04.750 Spannungen aufheben. 07:05.690 --> 07:08.850 Anders sieht es aus, wenn ein äußeres Magnetfeld anliegt. 07:09.370 --> 07:12.910 Dann erzeugt die Magnetfeldkomponente, die in Richtung der Kerne 07:12.910 --> 07:15.950 zeigt, ein Signal proportional zum angelegten Feld. 07:15.950 --> 07:19.870 Dadurch verschiebt sich der Nullpunkt der Magnetisierungskurve. 07:20.850 --> 07:24.770 In den Phasen, in denen das angelegte Wechselfeld parallel zum äußeren 07:24.770 --> 07:28.730 Feld ist, entsteht so ein resultierendes Magnetfeld, das durch eine 07:28.730 --> 07:30.090 weitere Spule gemessen wird. 07:30.590 --> 07:33.270 Sie umgibt beide Kerne und die inneren Spulen. 07:35.250 --> 07:39.110 Das letzte Instrument, das ich Ihnen vorstelle, ist das Gradiometer. 07:39.730 --> 07:43.870 Es enthält zwei Fluxgate-Magnetometer, die jeweils aus drei Sensoren 07:43.870 --> 07:45.570 in den drei Raumrichtungen bestehen. 07:45.570 --> 07:49.610 Die beiden Instrumente sind vertikal übereinander angeordnet. 07:50.290 --> 07:53.730 Damit kann man nun Variationen in der Vertikalkomponente des 07:53.730 --> 07:54.830 Magnetfeldes messen. 07:55.630 --> 07:59.630 Eine magnetische Anomalie tief in der Erde erzeugt am oberen und 07:59.630 --> 08:01.590 unteren Sensor sehr ähnliche Werte. 08:02.030 --> 08:03.450 Die Differenz ist also klein. 08:04.310 --> 08:08.170 Bei oberflächennahen Störkörpern hingegen ist der Unterschied größer. 08:09.310 --> 08:13.570 Gradiometer sind also sehr sensitiv auf oberflächennahe Anomalien. 08:14.430 --> 08:18.510 Ein Vorteil von solchen Gradientenmessungen ist, dass sich zeitliche 08:18.510 --> 08:21.730 Änderungen des natürlichen Magnetfeldes nicht auf die Messungen 08:21.730 --> 08:22.430 auswirken. 08:24.970 --> 08:28.010 Gradiometermessungen eignen sich besonders gut zur großflächigen 08:28.010 --> 08:29.950 Kartierung eines Untersuchungsgebiets. 08:30.650 --> 08:33.650 Ich zeige Ihnen hier das Ergebnis einer Messung am Rande des alten 08:33.650 --> 08:35.070 Flugplatzes in Karlsruhe. 08:35.750 --> 08:39.990 Ziel der Messung war zu untersuchen, ob alte, anthropogene Strukturen 08:39.990 --> 08:42.110 wie Fundamente damit aufzufinden sind. 08:43.570 --> 08:46.210 Hier sehen Sie das kombinierte Ergebnis verschiedener 08:46.210 --> 08:47.390 Gradiometermessungen. 08:48.130 --> 08:52.250 Positive Anomalien sind in blau, negative in rot dargestellt. 08:53.070 --> 08:57.390 Während im gesamten Bereich viele unkorrelierte Anomalien zu erkennen 08:57.390 --> 09:01.630 sind, finden sich gerade im Südwesten des Geländes Strukturen, die von 09:01.630 --> 09:05.490 den alten Flugzeughangars oder auch dem Fundament des Kontrollturms 09:05.490 --> 09:06.630 hier stammen könnten. 09:07.270 --> 09:11.250 Die Interpretation der gemessenen Magnetfeldanomalien ist wie bei 09:11.250 --> 09:13.690 allen Potentialverfahren nicht eindeutig. 09:14.250 --> 09:18.310 Ein und dasselbe Magnetfeld kann prinzipiell durch unendlich viele 09:18.310 --> 09:20.490 verschiedene Untergrundmodelle erklärt werden. 09:21.470 --> 09:25.150 Eine weitere Schwierigkeit bei Geomagnetikmessungen ist, dass die 09:25.150 --> 09:28.850 gemessene Magnetisierung induziert oder remanent sein kann. 09:29.670 --> 09:33.350 Um die möglichen Untergrundmodelle einzuschränken, ist es in jedem 09:33.350 --> 09:36.710 Fall sinnvoll, die Messung mit weiteren Untersuchungsmethoden zu 09:36.710 --> 09:37.290 kombinieren. 09:39.350 --> 09:42.830 Dieses Beispiel aus der jüngeren Archäologie zeigt, wie sich mit 09:42.830 --> 09:46.850 Geomagnetik Strukturen unter der Erde kartieren lassen, ohne sie zu 09:46.850 --> 09:47.350 zerstören. 09:48.130 --> 09:51.290 Daneben eignet sich die Geomagnetik sehr gut zum Auffinden 09:51.290 --> 09:55.630 anthropogener Quellen wie Leitungen oder metallischer Wasserrohre zum 09:55.630 --> 09:56.030 Beispiel. 09:56.850 --> 10:00.750 Auch in der Deponierkundung oder der Untersuchung von Altlasten spielt 10:00.750 --> 10:02.330 die Magnetik eine wichtige Rolle. 10:03.330 --> 10:07.750 Natürliche Störkörper wie magnetische Intrusionen sind daneben auch 10:07.750 --> 10:10.390 ein wichtiges Anwendungsgebiet der Geomagnetik. 10:11.980 --> 10:16.030 In diesem Video habe ich Ihnen vier unterschiedliche Instrumente zur 10:16.030 --> 10:19.170 Messung von Magnetfeldanomanien qualitativ vorgestellt. 10:19.670 --> 10:24.290 Erstens das Torsionsmagnetometer, in dem ein Stabmagnet zwischen zwei 10:24.290 --> 10:26.030 Torsionsfäden aufgehängt ist. 10:26.030 --> 10:31.970 Zweitens das Protonmagnetometer, welches die Präzision des Protonspins 10:31.970 --> 10:33.330 in Wasserstoffatomen nutzt. 10:34.110 --> 10:38.530 Als drittes habe ich Ihnen das Fluxgate-Magnetometer vorgestellt, in 10:38.530 --> 10:42.250 welchem Verschiebungen der Magnetisierungskurven ausgewertet werden. 10:42.710 --> 10:46.470 Diese Sensoren werden auch im vierten Instrument, dem Gradiometer, 10:46.670 --> 10:50.410 verwendet, das den vertikalen Gradienten des Magnetfeldes misst. 10:51.170 --> 10:55.150 Am Beispiel des alten Flugplatzes in Karlsruhe haben Sie gesehen, wie 10:55.150 --> 10:58.870 damit magnetische Anomalien in der Erde untersucht und lokalisiert 10:58.870 --> 10:59.470 werden können.