Georadarmessungen vom Luftschiff: BGR setzt weltweit erstmals Luftschiff für Georadarmessungen ein

Projektstand: 09.03.2010

Zum weltweit ersten Mal hat die BGR jetzt erfolgreich ein Luftschiff für aerogeophysikalische Messungen zur Untersuchung des Untergrundes eingesetzt. Bisher übernahmen Flugzeuge oder Hubschrauber diese Aufgabe. Der Vorteil der neuen Methode: Georadarmessungen mit dem Luftschiff liefern eine bessere Datenqualität von oberflächennahen geologischen Strukturen.

Die Karte zeigt die Flugroute für die Georadarmessungen Quelle: BGR

Seine Premiere hatte das von der Firma GEFA-FLUG GmbH (Aachen) im Auftrag der BGR für die Georadarmessungen aufgerüstete Heißluft-Luftschiff „AS105GD“ bei der Erkundung von Torfvorkommen in Norddeutschland. Gefüllt mit 3000 Kubikmeter Heißluft und angetrieben von einem 65 PS starken Zweitakt-Benzinmotor sowie einem Vierblatt-Propeller befuhr das 41 Meter lange Luftschiff drei Tage lang den Luftraum über Hymendorf bei Bremerhaven. Bei Geschwindigkeiten von bis zu 40 Kilometer pro Stunde wurden aus rund 40 Meter Höhe über einen unterhalb der Gondel mitgeschleppten 2,5x5x1,30 Meter großen Antennenträger elektromagnetische Impulse abgestrahlt, die die BGR-Wissenschaftler auf die Spur der Rohstoffvorkommen im geologischen Untergrund führten.

30 Minuten dauert die Befüllung der Luftschiff-Hülle mit Heißluft Quelle: BGR

„Die elektromagnetische Strahlung reicht je nach Gesteinsart bis zu 80 Meter tief in den Untergrund. Die dabei erzeugten elektromagnetischen Wellen werden wie bei einem Echolot durch die Gesteinsgrenzen reflektiert und oben von der Antenne empfangen“, erläutert Dieter Eisenburger, BGR-Geophysiker (inzwischen im Ruhestand), das Verfahren. „An Hand der Messdaten gewinnen wir ähnlich wie bei einem Ultraschallbild Aufschluss über die Struktur des Untergrundes. In diesem Fall konnten wir am Boden die Basis des Hymendorfer Torfvorkommens kartieren“, so Eisenburger.

Die Besatzung der Gondel bestand aus zwei Personen Quelle: BGR

Das Aero-Georadarsystem der BGR wurde per Flugzeug oder Hubschrauber schon mehrfach erfolgreich eingesetzt. So bewährte sich das Verfahren bei der Erkundung eines Salars in der Atakamawüste in Chile oder bei der Erfassung von Grundwasserhorizonten in der Lüneburger Heide. Gegenüber den bisherigen Georadarmessungen bietet die Luftschiff-Methode allerdings einen großen Vorteil. Eisenburger: „Die geringere Geschwindigkeit führt bei den Messungen zu einer höheren Datendichte und damit auch zu einer besseren Qualität der Ergebnisse bei oberflächennahen geologischen Strukturen.“

Drei Tage kreiste das Luftschiff über der Hymendorfer Region Quelle: BGR

Darüber hinaus ist der Einsatz des Luftschiffs auch aus wirtschaftlicher Sicht interessant. Die aus hochwertigem Kunstfasertextilgewebe hergestellte Hülle und die für zwei Personen ausgestattete Gondel können mit Hilfe eines PKW-Anhängers einfach zum Einsatzort transportiert werden. Lediglich 30 Minuten dauert es, um das Heißluft-Luftschiff vor Ort flugtauglich zu machen. „Allerdings sind Georadarmessungen mit dem Luftschiff nicht bei jeder Wetterlage möglich, sondern nur zu Tageszeiten, in denen keine Thermik auftritt und die Windgeschwindigkeit unter 6 Kilometer pro Stunde liegt“, so Eisenburger.

Der Antennenträger ist direkt an der Gondel mit Seilen befestigt Quelle: BGR

Ziel der BGR ist es, mit Hilfe des Aero-Georadars oberflächennahe geologische Prozesse sichtbar zu machen und dadurch eine nachhaltige Nutzung mineralischer Rohstoffe sowie der Georessourcen Boden und Wasser zu unterstützen. Noch in den 1990er Jahren wurde das Aero-Georadar ausschließlich zur Erkundung polarer Gletscher eingesetzt. Seit 2004 hat die BGR Systeme auch für geologische Anwendungen entwickelt. Hierbei hat das System zwei wichtige Anforderungen zu erfüllen: eine hohe Auflösung bei gleichzeitig maximaler Eindringtiefe.

Am Boden wurden die vom Luftschiff empfangenen Daten in Messfahrzeugen ausgewertet Quelle: BGR

Dazu sind mehrere Radarmessverfahren konzipiert worden. Mit der Firma RST Radar System-Technik GmbH (Salem) hat die BGR ein hubschraubergestütztes Georadarsystem entwickelt. Es arbeitet nach dem Prinzip des „stepped-frequency-radar“ im „gating“-Modus. Der Vorteil dieses Systems liegt in der flexiblen Wahl der Frequenzbandbreite. Dies ermöglicht je nach Anforderung eine entsprechende Auflösung der geologischen Strukturen. Ein weiteres System wurde in Kooperation mit der Universität Münster nach dem Pulsradarverfahren realisiert. Es zeichnet sich besonders durch seine hohe Abstrahlleistung im tieferen Frequenzbereich (30MHz) aus und ermöglicht so auch in geologisch schwierigen Medien entsprechende Eindringtiefen zu erreichen. Beide Systeme ergänzen sich und können daher kombiniert bei verschiedenen geologischen Anwendungen eingesetzt werden.