Geodynamisches Observatorium Moxa

Aktuelles, Stand: 25. Oktober 2019

1m-Strainmeter

Das 1m-Strainmeter wurde Ende März 2017 von der Firma SIOS abgebaut und nach Ilmenau gebracht. Die Projektarbeiten zur Entwicklung eines mobilen Kurzstrainmeters werden bzgl. der vorhanden Daten fortgesetzt. Die Untersuchung von Korrelationen zu parallel beobachten Umwelparametern steht dabei im Vordergrund.

Inzwischen ist am Ende des nordsüd-Stollens des Observatoriums wieder ein 1m-Strainmeter installiert und registriert kontinuierlich. Die neuen, langen Zeitreihen sollen dann insbesondere bzgl. der langperiodischen und auch saisonalen hydrologischen Einflüsse untersucht werden.

Mitarbeiter des Observatoriums

Wernfrid Kühnel ist zum 1. März 2017 in seinen wohlverdienten Ruhestand gewechselt. Sein jetziger Nachfolger, Marcus Möller, arbeitet bereits seit Frühsommer 2019 im Observatorium.

Wichtige Nachrichten und Aktivitäten zum Observatorium Moxa:

Im Windernergieerlass vom 21. Juni 2016 des Thüringer Ministeriums für Infrastruktur und Landwirtschaft wird das Geodynamische Observatorium Moxa mit einem Schutzradius von 10km als weiche Tabuzone ausgewiesen.

Weitere Nachrichten zum aktuellen Stand im Observatorium:

• Die neuen Laser-Strainmeter (EW und SN) wurden installiert (SIOS, Ilmenau) und registrieren erfolgreich.
• Ein neues, dynamisches 3D Hydromodell wurde entwickelt (Uni Wageningen).
• Die gravimetrische Außenstation in Erfurt (Stadtwerke, ET-18) wurde Ende 2014 abgebaut. Das Gezeitengravimeter LCR ET-18 registriert jetzt im Rahmen einer Kooperation mit der Universität Strassbourg Abu Simbl in Ägypten am Nasser-Stausee.
• Das DFG-Projekt zum Bau eines neuen supraleitenden Gravimeters (mit IPHT, Jena und PTB, Braunschweig) läuft und ein Prototyp soll im Herbst 2016 in Moxa installiert werden.
• Im Rahmen des Projekts, wurden die 3D-Modellierungen der Umweltparameter, insbesondere der hydrologischen Einflüsse vorangetrieben.
• Die neuen Bohrungen sind ausgebaut und die installierten Temperaturfasern registrieren erfolgreich.
• Das SIOS Projekt zur Entwicklung eines mobilen Kurzstrains läuft und ein Prototyp registriert am südlichen Ende des nordsüd Stollens.
• Ein von Dr. Michael Kühnel (Uni Ilmenau) entwickeltes Tiltmeter registriert testweise im SG Registrierraum, direkt neben dem SG.
• Das Observatorium betreibt das "Seismologische Kabinett" des Burgmuseums in Ranis und wird bei der Neugestaltung des Museums aktiv mithelfen.
• Die Arbeiten in Moxa werden auch mit der geophysikalischen Lehre der Friedrich-Schiller-Universitäten verknüpft. Observatoriums-relevante Themen werden in Qualifikationsarbeiten (Bachelor, Master, PhD) bearbeitet.

Ältere Nachrichten zum Observatorium:

Am Freitag, den 16. Mai 2014, wurde der 50. Geburtstag des Geodynamischen Observatoriums Moxa mit einem Festkolloquium im Hörsaal Wöllnitzer Straße 7 gefeiert. Am Samstag, den 17. Mai 2014 wurde das Observatorium von den Kolloquiumsgästen besichtigt.

Aufgaben und Ziele des Observatoriums

Das übergeordnete Ziel der geodynamischen Beobachtungen im Observatorium Moxa lautet: Erfassung, Auswertung und Interpretation von Deformationen der Erdoberfläche bzw. des Erdkörpers und des Schwerefeldes. Dabei soll das gesamte Frequenzspektrum von der hochfrequenten Seismologie bis zu den Jahresperioden und länger beobachtet werden.

Für diese Beobachtungen stehen verschiedene geophysikalische Sensoren zu Verfügung. Die einzelnen Aufgaben ergeben sich aus den betroffenen geophysikalischen Teildisziplinen:

Seismologie

• Station des GRSN (Deutsches Regionales Seismologisches Netz), STS-2 und STS-1
• Zusätzliche Seismometer für kurz- und langperiodischen Bereich, VSJ-1/2, HSJ-1/2, TSJ, QSJ
• Erste Auswertung, Monatsberichte, Bulletins
• Information der Presse und der Öffentlichkeit über nahe Ereignisse

Strain

• Kontinuierlicher Betrieb eines 3-Komponenten Strainmeters (Zwei Quarzrohre, drei Laser-Strain)
• Kontinuierlicher Betrieb eines NBS3D-100 (eine Horizontal- und die Vertikalkomponente)
• Bestimmung des Flächenstrains
• Untersuchungen zum Strainseismographen

Gravimetrie

• Kontinuierlicher Betrieb eines supraleitenden Gravimeters (Zweikugel-System), SG-CD034
• Kalibrierung (z.B. Vergleich mit Absolutmessungen), BKG
• Beitrag zum "Global Geodynamic Project" (GGP)
• Zusätzlicher Betrieb von Federgravimetern, insbesondere LCR ET-18 und LCR SET-4
• Gezeiten, indirekter Effekt, NDFW, Chandler Wobble, lang- und aperiodische Signale
• hydrologisch induzierte Schwere-Variationen

Neigung

• Neigungsmessungen mit ASKANIA-Bohrlochneigungsmessern
• Neigungsmessungen mit einem LCR-Pendel (Leihgabe von Prof. Varga, Budapest)
• Untersuchung von Auflast-Deformationen durch benachbarte Stauseen
• Vergleich, Kalibrierung verschiedener Pendel
• Datenanalyse, Interpretation (auch zur Vorbereitung anderer Projekte)

Wetter und Umwelt

• Erfassung möglichst vieler Wetterparameter, u.a. Grundwasserpegel und Schneeauflast
• Korrelation mit anderen Messgrößen
• Korrektur (und Verbesserung bestehender Korrekturverfahren)

Zusätzlich wird im Observatorium ein Seismogramm-Archiv (ehemaliges DDR-Netz) verwaltet und es existiert ein Pendellabor mit einem 4.6 m tiefen Testbohrloch für die ASKANIA- Bohrlochneigungsmesser.

Mitarbeiter/innen des Observatoriums

Das Observatorium Moxa ist dem Arbeitsbereich der Allgemeinen Geophysik von Frau Prof. Dr. Nina Kukowski (nina.kukowski@uni-jena.de) zugeordnet.

Wissenschaftlicher Leiter: MSc. Valentin Kasburg (valentin.kasburg@uni-jena.de) 

Stationsingenieur: MSc Marcus Möller (marcus.moeller@uni-jena.de)

Stationstechniker: Herr Matthias Meininger (m.meininger@uni-jena.de)

Raum- und Gländepflege: Frau Uta Pohle

Unser langjähriger Stationsingenieur Wernfrid Kühnel (w.kue@web.de) ist zum 1. März 2017 altersbedingt ausgeschieden.

instrumentelle Ausstattung/Geophysikalische Sensoren und Laboratorien

Seismologie:

• STS-2 (Deutsches Regionalnetz)
• STS-1 (langperiodisches 3K-Seismometer)
• TSJ (Triaxial-Seismometer-Jena)
• QSJ (4-Komponenten Seismometer)
• VSJ/HSJ (Vertikal/Horizontal-Seismometer Jena)
• Laser-Seismometer (Test-Registrierung)

Installation auf Betonsockeln.

Langperiodische Geodynamik:

Gravimetrie:

• SG T008 (das ehemalige "Asse-Gravimeter", z.Z. bei GWR)
• SG No. CD-034 (2-Kugelsystem, GWR)
• ET-18 (LaCoste & Romberg)
• D-187, G-896 (LCR-Feldgravimeter mit FB)

Installation auf Betonsockeln.

Strain:

• NS & EW Quarzstrainmeter (ca. 26 m Länge), Installation im Stollen
• Diagonal-Laserstrainmeter (ca. 38 m Länge im horizontalen Bohrloch)
• Mobile Meterstrains (3-Stück, z.Z. nicht eingesetzt)

Neigung:

• ASKANIA Bohrlochneigungsmesser (9-Stück)
• Es existieren zwei 50 m tiefe Bohrlöcher und ein 100 m tiefes Bohrloch (stahlverrohrt), sowie eine 50 m tiefe Grundwasserbohrung.

Wetterstation:

Die Wetterparameter werden im 10 Sekundentakt gesampelt. Die Tagesdateien werden nachts zum Geowissenschaftlichen Institut in Jena übertragen. Der Datensatz umfaßt derzeit folgende Parameter:

• Luftdruck (außen)
• Niederschlag
• Windgeschwindigkeit
• Temperatur (außen)
• Luftfeuchtigkeit
• Taupunkt
• Mischung (5.pro kg)
• Windrichtung
• Luftdruck (Stollen)
• Temperatur (Stollen)
• Temperatur (Seismometerraum)
• Temperatur (Pendellabor)
• Luftdruck (Diff.: außen - innen)
• Lux-Sonde (Dachinstallation)
• Schneekissen (Dachinstallation)

Pendellabor:

Es besteht die Möglichkeit die ASKANIA Bohrlochneigungsmesser zu zerlegen. Es sind Kranvorrichtungen, Betonsockel sowie eine mobile Verrohrung vorhanden. Die Neigungsmesser können in einem 4.6 m tiefen Bohrloch getestet werden.

Forschung - Projekte - Kooperationen

Seismologie:

Die seismologischen Aktivitäten in Moxa sind eng mit dem regionalen TSNExterner Link und dem bundesweiten GRSNExterner Link verbunden. Darüber hinaus bestehen Kooperationen mit verschiedenen Institutionen, so dass die in Moxa anfallenden seismologischen Daten und deren Auswertung in einem breiten Rahmen genutzt werden. Stichwortartig lassen sich folgende Verknüpfungen nennen:

• Deutsches Regionales Seismologisches Netz ( GRSNExterner Link; seit 1992)
• Thüringer Seismisches Netz (TSNExterner Link)
• Seismoverbund
• TLUGExterner Link Weimar
• Stausee Hohenwarte
• Vogtland - Schwarmbebengebiet
• SIOSExterner Link Laser-Seismometer

Die letztgenannte Industrie-Kooperation mit der Firma SIOS in Ilmenau konzentrierte sich in den Jahren 2002 und 2003 auf die Entwicklung und den Bau eines Laser-Seismometers, dass zur Zeit im Observatorium zu Testzwecken registriert. Diese Arbeiten wurden als Projekt vom Land Thüringen gefördert. Diese Kooperation wurde in den folgenden zehn Jahren vor allem für die Entwicklung von Laserstrainmetern ausgebaut.
Am Observatorium Moxa wird täglich eine seismologische Erstauswertung vorgenommen und ein Tagesbericht verfasst. In Jena wurde bis 1985 diese Auswertung erweitert, Monatsberichte erstellt und abschließend ein BulletinExterner Link verfasst. Zusätzlich existiert in Moxa und Jena ein umfangreiches seismologisches ArchivExterner Link, das ca. 100 Jahre zurückreicht. Dieser seismologische Schatz wird immer wieder von Kollegen und Kolleginnen aus verschiedensten europäischen Institutionen für spezielle seismologische Ereignisse angefragt.

Langperiodische Geodynamik:

Langperiodische geodynamische Signale werden als Änderungen des Erd-Schwerefeldes und als Deformationen beobachtet und analysiert. Hierfür stehen verschiedene Gravimeter, Strainmeter und Neigungsmesser zur Verfügung.

Gravimetrie:

• Das supraleitende Gravimeter SG No. CD-034Externer Link (2-Kugelsystem, GWR)Externer Link registriert seit Ostern 1999 im Observatorium und ist Bestandteil des Global Geodynamics Project (GGP)Externer Link. Wartungs- und Reparaturarbeiten werden in Kooperation mit dem BKGExterner Link und der Festkörperphysik der FSU - Jena vorgenommen.
• Das Erdgezeiten-Gravimeter ET-18 (LaCoste & Romberg) beobachtet parallel zum CD-034 die Gezeiten der festen Erde und die Erdeigenschwingungen nach großen Erdbeben. Es wurde bereits z.B. in Skandinavien und Grönland eingesetzt und steht weiterhin für den mobilen Einsatz im Rahmen von Forschungsprojekten bereit. Seit Herbst 2011 registriert es im Rahmen des INFLUINS-Projekts bei den Stadwerken in Erfurt.
• Die vorhandenen Feldgravimeter D-187, G-896 (LCR mit FB) werden vorwiegend in der Lehre eingesetzt. Diese Gravimeter wurden auch für hydro-gravimetrische Untersuchungen, mit Wiederholungsmessungen im MikroGal-Bereich verwendet.

Strain:

Die Strainmeter werden seit einigen Jahren als langperiodische Mess-Systeme, vor dem Hintergrund eines intensiven Austauschs mit den ungarischen Kollegen Prof. Mentes, Sopron und Prof. Varga, Budapest betrieben.

• Die NS & EW QuarzstrainmeterExterner Link (ca. 26 m Länge) sind im Stollen des Observatoriums installiert. Die seit knapp 40 Jahren bestehende Installation wurde nach 1998 bezüglich der Aufhängungen und der Abgriffsysteme erneuert. Einzelheiten dazu sind in der Diplomabeit von Jan Exß beschrieben.
• Das diagonal orientierte LaserstrainmeterExterner Link verbindet die Enden der Quarzrohre. Der Laserstrahl läuft über eine Länge von ca. 38 m Länge im horizontalen Bohrloch. Erste Zeitreihen und Analysen sind in der Diplomarbeit von Andrea Walther ausgeführt.
• Die mobilen MeterstrainsExterner Link, von denen 3-Stück im Observatorium existieren, wurden bislang nur zu Testzwecken eingesetzt. Dabei zeigte sich, dass selbst für eine so kleine Basislänge die Gezeiten noch mit hohem Signal/Rausch-Verhältnis beobachtet werden können.

Die Daten und Ergebnisse der Strainmeter stellen gemeinsam mit den Daten des langperiodischen Seismometers STS-1 ideale Randbedingungen für geodynamische Modellierungen zu Luftdruck-Effekten dar.

Neigung:

Am Observatorium Moxa existieren zahn ASKANIA Bohrlochneigungsmesser (ABNM) und als Leihgabe ein LCR-Pendel. Es sind zwei 50 m und eine 100 m tiefe Bohrung für die ABNM vorhanden. Zusätzlich gibt es eine 50 m tiefe Grundwasserbohrung.
Ein ABNM wurde in der Zeit von 1997 bis Mitte 1999 im japanischen Observatorium Nokogirijama in der Nähe von Tokio eingesetzt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen finden Sie hierExterner Link. Von den ABNM waren von 2003 bis 2006 fünf Instrumente an der KTBExterner Link, zur Beobachtung von fluidinduzierten Deformationen eingesetzt. Dieses DFG-geförderte Projekt stellte eine Kooperation mit der Uni-Göttingen (Prof. Sauter) und dem GGAExterner Link-Institut (Prof. Kümpel) dar. Ein weiteres Pendel ist in einem 50 m Bohrloch installiert. Die Bohrlöcher in Moxa erlauben keine optische Vermessung des Azimuts der ABNM. Es wurde daher eine Methode zur Azimut-Bestimmung mittels seismologischer Daten, die sowohl am Pendelkopf als auch an der Erdoberfläche gemessen werden, entwickelt.

Weitere Sensoren und Projekte:

Wetterstation:

Zur Korrektur und Kontrolle der langperiodischen Zeitreihen werden mittels einer Wetterstation diverse Wetterdaten gemessen. Die Wetterparameter werden im 10 Sekundentakt gesampelt und die Tagesdateien nachts zum Geowissenschaftlichen Institut in Jena übertragen. Der Datensatz umfasst derzeit folgende Parameter:

• Luftdruck (außen)
• Niederschlag
• Windgeschwindigkeit
• Temperatur (außen)
• Luftfeuchtigkeit
• Taupunkt
• Mischung (5.pro kg)
• Windrichtung
• Luftdruck (Stollen)
• Temperatur (Stollen)
• Temperatur (Seismometerraum)
• Temperatur (Pendellabor)
• Luftdruck (Diff.: außen - innen)
• Lux-Sonde (Dachinstallation)
• Schneekissen (Dachinstallation)

Hydrologie:

In den vergangenen Jahren wurde in der direkten Umgebung des Observatoriums ein hydrogeologisches Messnetz aufgebaut. Die eingesetzten Diver sind in Tiefen zwischen 60 cm und 2.30 m installiert. Ziel ist es, ein hydrogeologisches Modell für Moxa zu erstellen, um eine verbesserte Korrektur der Hydro-Einflüsse in gravimnetrischen Zeitreihen zu ermöglichen. Umgekehrt soll untersucht werden, inwieweit gravimetrische Daten geeignet sind, hydrogeologische Modelle zu verbessern. Die Untersuchungen werden im Rahmen von Kooperationen mit Hydrogeologen der Universitäten in Wageningen (Niederlande), Göttingen und Jena realisiert.

Ansprechpartnerin

Christine Luge, E-mail: christine.luge@uni-jena.de

DOWNLOAD: Bulletins für 1981, 1982 und ab 1985 finden sich im Internet als Seismogram Readings (BULLETIN)Externer Link.

DOWNLOAD: Bulletins ab 1905 finden sich im Internet unter Historical Seismogram Readings (BULLETIN)Externer Link.

In unserem Archiv werden Seismogramme von 1903 an gelagert.
Seismogramme der folgenden Stationen können als Kopien verschickt werden.

Station Jena (JEN)

• 1903 bis 1964   Wiechert N,E; Vertikalpendel Z; Kegelpendel N,E; 15000 kg Pendel N,E;
• ab 1954             dazu Krumbach N,E,Z;
• ab 1960             dazu HSJ-I N,E; Von 1926 bis 1962 sind ausgewählte Beben auf Mikrofilmen vorhanden.

Station Moxa (MOX)

• 1964 bis 1992   Modifizierter Krumbach Z (bis 1968), Krumbach N,E,Z (bis 1966); VSJ-II Z; SSJ-I N,E,Z;
• ab 1965             dazu SKM-III N,E,Z; SSJ-I/L N,E,Z; Mainka N,E (bis 1971); Wiechert N,E (bis 1971);
• ab 1966             dazu Strain/L N,E (bis 1976);
• ab 1980             dazu VSJ-II/Z;
• ab 1988             dazu SPR/Z;
• 1993 bis 1999   STS2 N,E,Z; VSJ-II/Z, SPR/Z (bis 1995); SSJ-I/Z; TSJ-I N,E,Z;
• ab 1996             dazu HSJ-II N,E,Z;
• 2000 bis heute STS1 N,E,Z; STS2 N,E,Z; VSJ-II Z; SSJ-I N,E,Z;

Nebenstationen Posterstein (PST), Plauen (PLN), Schönberg (SBG)

• 1992 bis 1997   VSJ-II Z, (SBG nur bis 1993);

Station Potsdam (POT)

• 1903 bis 1967     Wiechert N,E;
• ab 1929               dazu Galitzin-Wilip N,E,Z (bis 1954);
• Von 1903 bis 1954 sind ausgewählte Beben auf Mikrofilmen vorhanden.

Nebenstationen Halle (HLN), Plauen (PLN), Potsdam (POT), Sonneberg (SON)

• 1957 bis 1961       Krumbach N,E,Z; (Halle auch Benioff Z);

Veröffentlichungen

Vorhandene Bulletins:

Katalog Seismische Störungen/Strassbourg 1904 - 1908 POT und JEN JENA (JEN) 1905 bis 1913 JENA (JEN) 1926 bis 1964 MOXA (MOX) 1964 bis 1984 ab 1985 im Internet als Seismogram Readings (BULLETIN)Externer Link
VOGTLAND (Mikroerdbeben) ab 1962 bis 1997 im Internet VocatusExterner Link
POTSDAM (POT) 1908 bis 1954
Als Nebenstationen von Jena veröffentlicht HALLE (HLE) 7/1957 bis 1961 PLAUEN (PLN) 7/1957 bis 1961 POTSDAM (POT) 7/1957 bis 1961 SONNEBERG (SON) 1951, 7/1957 bis 1961