Marine Geophysik und Hydroakustik

Multibeam

Die AG 'Marine Geophysik und Hydroakustik' setzt moderne Fächerecholote (Multibeam) ein, um den Meeresboden effizient zu kartieren. Wir sind darauf spezialisiert, seismische und hydroakustische Systeme auf diverse Forschungs-Plattformen zu adaptieren, von großen bis kleinen Forschungsschiffen, bis hin zu sehr kleinen oder geschleppten Plattformen im Flachwasser.

In der Arbeitsgruppe kommen verschiedene Fächerecholote zum Einsatz. Auf den mittelgroßen und großen deutschen Forschungsschiffen werden in der Regel die fest eingebauten Systeme verwendet (KONGSBERG EM 710, 712, EM 120, 122, ELAC Wärtsilä SB3050). Mobile Fächerecholote werden von der Arbeitsgruppe auf verschiedensten Forschungsplattformen installiert und eingesetzt. Im Flachwasser setzen wir vorzugsweise auf das Chirp-basiertes, integrierte iWBMS der Firma NORBIT. In Kombination mit moderner RTK-GPS Positionierung erhalten wir bis zu 2-4 cm Auflösung in horizontaler und vertikaler Richtung. In der Regel verwenden wir für die genaue Aufnahme der Position und Kompensation der Schiffsbewegung hochpräzise Inertialsysteme (Applanix Wave Master, Codaoctopus F180). Mehr...

Pockmarks in der Bathymetrie vor Eckerförde

Abb. 1: Hochgenaue Vermessung von sogenannten Pockmarks vor Eckernförde. Deutlich zu sehen sind außerdem Schleppspuren der Fischerei (ca. 4 cm tief) in WSW-ENE Richtung.  © J. Schneider von Deimling

Bei der eigentlichen Echolotung wird die Laufzeit von abgegebenen Schallimpulsen zwischen Schiff und dem Meeresboden gemessen und die Meeresbodentiefe abgeleitet (Bathymetrie). Moderne Systeme erlauben durch ihre Richtcharakteristik die Aufnahme mit einem ca. 150° breiten, akustischen Fächer bei einer individuellen Beamauflösung zwischen 0,3-2° und einer Range-Auflösung bis zu 1,5 cm. Um die Meeresbodentiefe aus den gewonnenen Winkel-Laufzeit-Messungen zu gewinnen, muss zusätzlich das Schallgeschwindigkeitsprofil in der Wassersäule aufgezeichnet und die Schiffbewegung kompensiert werden. Anschließend können Beugungseffekte berücksichtigt und ein exaktes morphologisches Abbild der Meeresbodenoberfläche generiert werden (Abb. 1).


Die Genauigkeit des Verfahrens ist wassertiefenabhängig und die methodischen Herausforderungen wachsen je flacher das Wasser wird. Neben der hochgenauen bathymetrischen Vermessung (Abb. 1) beschäftigen wir uns intensiv mit der Rückstreustärke von MBES-Messungen sowohl in der Wassersäule, als auch vom Meeresboden selbst. Die winkelabhängige Rückstreuintensität des Meeresbodens ist charakteristisch je nach Beschaffenheit des Untergrunds und des vorherrschenden Habitats. Beispielsweise lassen sich Sand, Kies und Schlick deutlich anhand ihrer winkelabhängigen Abstrahlcharakteristik in modernen Fächerecholotdaten voneinander unterscheiden.

Schwarzweiße Backscatterdaten zeigen einen Munitionskörper.

Abb. 2: Munitionskörper (Grundmine) in Multibeam Snippet Backscatter-Daten, aufgenommen vor Heidkate (ALKOR 447, 2014), (M.Sc.-Arbeit Tina Kunde, 2017).

Zur Bearbeitung der Daten verwenden wir eine Kombination aus Open Source-Software unter LINUX (MBSystem, GMT) und kommerziellen Paketen (QIMERA, HDPPost, MATLAB, FLEDERMAUS, HyPACK, KINGDOM), die auch in der Lehre eingesetzt werden.

 

Gasaustritte (Seiten- und Frontansicht) aus einem unversiegelten Bohrloch.

Fig. 3: (a+b) Gasaustritte aus einem unversiegelten Bohrloch. (c) Bathymetrischer Krater, der durch ein versehentliches Anbohren von Flachgas 1990 in der Nordsee entstanden ist. Der Durchmesser beträgt 60 m. Bis heute treten beachtliche Mengen Methangas aus dem Krater aus (Schneider von Deimling et al., 2015).
 
Zwei Studenten und eine Tasse Kaffee
Abb. 4: Bathymetrische Karte der Abrisskante der Agadir-Hangrutschung vor der Küste Marokkos. © S. Krastel
 

AG Publikationen zur Methodik

  • Schneider von Deimling, J. S., Weinrebe, W., Tóth, Z., Fossing, H., Endler, R., Rehder, G., & Spieß, V. (2013). A low frequency multibeam assessment: Spatial mapping of shallow gas by enhanced penetration and angular response anomaly. Marine and Petroleum Geology, 44, 217-222.
  • Schneider von Deimling, J., & Weinrebe, W. (2014). Beyond bathymetry: water column imaging with multibeam echo sounder systems. Hydrographische Nachrichten, 31(97), 6-10.
  • Hillman, J. I., Lamarche, G., Pallentin, A., Pecher, I. A., Gorman, A. R., & Schneider von Deimling, J. S. (2017). Validation of automated supervised segmentation of multibeam backscatter data from the Chatham Rise, New Zealand. Marine Geophysical Research, 1-23.
  • Krastel, S., Schmincke, H. U., Jacobs, C. L., Rihm, R., Le Bas, T. P., & Alibes, B. (2001). Submarine landslides around the Canary Islands. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 106(B3), 3977-3997.