Arbeitsgruppe 'Meeresbodenmodellierung'
In der Arbeitsgruppe „Meeresbodenmodellierung“ nutzen wir Computersimulationen um die Entstehung und Entwicklung des Ozeanbodens, seine Bedeutung im Erdsystem, sowie die verantwortungsvolle Nutzung von energetischen und mineralischen Rohstoffen am Meeresboden zu untersuchen. Hierbei verfolgen wir einen interdisziplinären Ansatz, welcher moderne Modellierungstechniken mit unterschiedlichen Beobachtungen und Datensätzen verknüpft. Dabei setzen wir auf open source Modelle und leben das Konzept „Offene Wissenschaft“. Zunehmend integrieren wir auch maschinelles Lernen und AI in unsere Forschung.
Unsere Schwerpunkte sind:
Entstehung und Entwicklung des Ozeanbodens
Wir kombinieren Modelle mit Daten, um die geodynamische Entwicklung des Ozeanbodens zu untersuchen. Hierzu verknüpfen wir Erkenntnisse aus Computersimulationen mit unterschiedlichen geologischen, geochemischen und geophysikalischen Datensätzen.
Beispiele unserer Arbeit sind Studien zu Wechselwirkungen zwischen Hydrothermalismus und Krustenbildung an Mittelozeanischen Rücken, der tektonischen und petrologischen Entwicklung von Transformstörungen, sowie der Entstehung von passiven Kontinentalrändern. Die Abbildung zeigt eine Modellierung mit ASPECT zum Mantelfluss unter der Clipperton-Transformstörung.
Hydrothermalismus und Stoffaustausch
Wir untersuchen magmatische Hydrothermalsysteme und ihre Rolle im Erdsystem. Dafür nutzen wir verschiedene in-house Computermodelle, welche auf der komplexen Zustandsgleichung von Seewasser aufsetzten und auch Multiphasen-Phänomene auflösen können. Aus diesen Modellergebnissen gewinnen wir Erkenntnisse über Stoffflüsse, welche es uns erlauben quantitative Abschätzungen zur Lagerstättenbildung am Meeresboden und zur Rolle von Hydrothermalismus in globalen biogeochemischen Kreisläufen zu machen. Zunehmend setzen wir auch auf fluiddynamische Simulationen auf der Porenskala, um Fluid-Gestein Wechselwirkungen bei hohen und niedrigen Temperaturen besser zu verstehen. Die Abbildung illustriert eine 3-D Modellierung der hydrothermalen Zirkulation am Ostpazifischen Rücken (Hasenclever et al., 2014).
Maschinelles Lernen und AI
Wir untersuchen die Anwendung von modernen Computeralgorithmen und künstliche Intelligenz auf geowissenschaftliche Fragestellungen der Ozeanboden- und Küstendynamik. Dabei nutzen wir anhand von Satelliten/Luftbildern, geophysikalischen und geodätischen Daten trainierte Deep Learning Verfahren (z.B. UNet) zum automatisierten Erkennen von geologischen Strukturen in verschiedenen Umgebungen (Flachwasser, Küste und Tiefer Ozean).
Aktuelle Beispiele sind die automatische Strukturerkennung am ehemaligen Boden des Toten Meeres und die Identifizierung von Ozeanbodenmaterial anhand von geophysikalischen und bathymetrischen Daten. Die Abbildung zeigt das automatische Erkennen von Erdfällen am Toten Meer.
Gasmigration in marinen Sedimenten und Gashydratbildung
Die Migration von Fluiden und Gasen in marinen Sedimenten ist ein weiterer wichtiger Baustein für das bessere Verständnis der Verbindungen zwischen der Festes Erde mit dem Ozean im Erdsystem. Unsere Arbeit konzentriert sich auf die Synthese von Modellen und Daten, um die globale und regionale Verteilung von Gashydrat und assoziierte biogeochemische Umsatzraten abzuschätzen. Weitere Schwerpunkte sind die Tiefe Biosphäre und sogenannte cold seeps am Meeresboden. Wir nutzen zunehmend auch Ansätze aus dem Bereich maschinelles Lernen und KI, um Umsatzraten um Meeresboden global abzuschätzen. Die Abbildung zeigt eine Beckenmodellierung zur Gashydratverteilung im westlichen Schwarzmeerbecken (Burwicz und Haeckel, 2020).
