Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Festkörperphysik und Computer - Computerprogramme lassen Erdgeschichte im Zeitraffer ablaufen

02.12.2003


Selbst die längsten Bohrer der Welt können nicht leisten, was Computer können: Was tiefer in der Erde liegt als zwölf Kilometer oder länger her ist als ca. 5.000 Jahre, erforschen RUB-Geowissenschaftler um den Humboldtstipendiaten Dr. Taras Gerya (Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik, Prof. Dr. Walter Maresch) mit Hilfe der numerischen Modellierung. Computerprogramme, die eigentlich aus der Festkörpermechanik kommen, können die Erdgeschichte im Zeitraffer ablaufen lassen. Die Forscher können beliebig zoomen, stoppen, beschleunigen, verlangsamen.


Die Erdgeschichte im Zeitraffer: Auf Wunsch zeigt der Computer Informationen über Material, Temperatur und Viskosität der Erde zu einem bestimmten Zeitpunkt.



Spekulationen, Ideen, Modelle

... mehr zu:
»Erdgeschichte »Gestein


Manchmal reichen die Informationen, die in den Gesteinen selbst gespeichert sind, nicht aus, um ihre Geschichte zu rekonstruieren. Es könnte so gewesen sein oder auch anders - die Wissenschaftler spekulieren und entwickeln Ideen, wie die Welt vor Millionen und Milliarden von Jahren einmal ausgesehen haben könnte, damit die gegenwärtige Situation herauskommt. Anstoß solcher Überlegungen war z. B. der Fund von winzigen Diamanten im Erzgebirge. Wie und wann sind sie wo entstanden? Wie und warum an die Oberfläche gelangt? Um zu prüfen, ob ihre Ideen von der Erdgeschichte richtig sind, nutzen die Geowissenschaftler ein Hilfsmittel aus der Festkörpermechanik: die numerische Modellierung.

Alle Rahmenbedingungen fließen in die Gleichungen ein

Kernstück des Programms ist ein System von Differential-Gleichungen, in die die verschiedensten Variablen eingehen, z. B. Rand- und Anfangsbedingungen, mineralogische Gesetzmäßigkeiten, geophysikalische Eigenschaften, Daten aus Rheologie, Mineralogie und Geologie. Die wichtigsten Gleichungen sind die Bewegungsgleichung, die Temperaturgleichung und die sog. Kontinuitätsgleichung, die dafür sorgt dass bei Deformation des Gesteins keine Löcher entstehen. Dazu nutzt man auch rheologische Gleichungen, die die Viskosität des Gesteins beinhalten. Denn obwohl Gesteine uns fest erscheinen, verhalten sie sich unter dem Blickwinkel vieler Jahrmillionen wie Flüssigkeiten.

Nur Gitterkreuzungen werden berechnet

Die Computerprogramme teilen die fragliche Querschnittsfläche der Erde durch ein Gitter in viele einzelne Felder auf. Die Gleichungen werden für alle Schnittpunkte der Gitterlinien berechnet, dazwischen wird interpoliert. Ein Feld kann bis zu 100 mal 100 Meter klein sein; je besser der Rechner, desto größer kann die Auflösung werden. Die typische Größe einer berechneten Fläche hat 10.000 Knotenpunkte. Ein PC rechnet daran zwischen einigen Minuten und einigen Tagen; soll die Auflösung besonders hoch sein (z. B. mehr als 100.000 Knotenpunkte), nutzen die Forscher Supercomputer. Außer den Knotenpunkten benutzt man auch bis zu einer Milliarde sog. Markerpunkte, um die komplizierten Modellstrukturen zu verfolgen und zu visualisieren.

Schneller Zugang übers Internet

Füttert Dr. Gerya den Rechner also mit den Einzelheiten seiner Modellidee vom Erzgebirge vor einigen hundert Millionen Jahren, berechnet er ausgehend von diesem Anfangsszenario eine lückenlose Erdgeschichte bis heute. Stimmt die Berechnung des Computers mit der heutigen Gestalt des Erzgebirges überein, war Dr. Geryas Idee richtig. Interessiert die Forscher eine Phase im Lauf der Geschichte besonders, können sie die Entwicklung dort stoppen und langsamer ablaufen lassen oder in das Bild hineinzoomen. Da die Darstellungen, die durch die Datenvielfalt sehr umfangreich sind, auf Zentralrechnern gespeichert sind, geht die Arbeit am jeweiligen PC schnell. Zugang zum web-basierten System haben die Wissenschaftler übers Internet. "Diese Art der Visualisierung ist wesentlich kostengünstiger als kommerzielle Systeme und für jedermann nutzbar", erläutert Dr. Gerya die Vorteile. Denn auch wenn man nur ein Pixel für jeden Markerpunkt benutzt, bräuchte man ca. 1.000 TFT Bildschirme, um ein Modell in voller Auflösung zu zeigen Für den ganz großen Überblick können die Forscher mit Hilfe mehrerer Beamer ein ganzes berechnetes Gebiet auf einer drei mal zehn Meter großen "Powerwall" darstellen.

Weitere Informationen

Dr. Taras Gerya, Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik, Fakultät für Geowissenschaften der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, NA 03/169, Tel. 0234/32-23518, Fax: 0234/32-14433, E-Mail: taras.gerya@rub.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://tomo.msi.umn.edu/~max/webis/test.php

Weitere Berichte zu: Erdgeschichte Gestein

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Expedition ans Ende der Welt
29.11.2016 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lakkolithe können auch während eines Vulkanausbruchs entstehen
24.11.2016 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie