Dr. Christoph Oberdörster

Universität Bonn

Geodynamik/ Angewandte Geophysik

Nußallee 8, 53115 Bonn

Zimmer 320

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email: oberdoerster(at)geo.uni-bonn.de

Lebenslauf

Akademische Qualifikation

 Beruflicher Werdegang

Forschungsinteressen

Charakterisierung von Böden mittels geoelektrischer Methoden

Die genaue Kenntnis des Bodenwassergehaltes ist von großer Bedeutung für Landwirtschaft, Forstwirtschaft und die Umweltwissenschaften. In ariden Regionen muss die landwirtschaftliche Produktion so effizient wie möglich gestaltet werden, um Wasserressourcen zu schonen und um Versalzung in Folge von Bewässerung zu vermeiden. In den Umweltwissenschaften werden Informationen über die Bodenfeuchte benötigt, um Naturreservate zu schützen und um ein besseres Prozessverständnis zu gewinnen. Da der spezifische elektrische Widerstand der Böden direkt von der Wassersättigung abhängt, stellen geoelektrische Methoden eine geeignete Möglichkeit dar, um Böden hinsichtlich ihrer hydrologischen Eigenschaften zu charakterisieren. Daher untersuchen Geo- und Bodenphysiker hydrologische Eigenschaften von Böden und Gesteinen mit Hilfe der Elektrischen Widerstandstomographie (engl.: Electrical Resistivity Tomography, ERT) seit Beginn des letzten Jahrhunderts.Für ERT-Messungen werden mindestens vier Elektroden benötigt, die entweder in Bohrlöchern oder an der Erdoberfläche installiert werden. Zwei Elektroden (C1, C2) dienen der Stromeinspeisung und zwei weitere (P1, P2) der Messung der resultierenden Potentialdifferenz (Fig. 1).

 

Fig. 1: Beispielhafte Anordnung von vier Elektroden in zwei Bohrlöchern.

Infolge der Weiterentwicklung der Messtechnik ist es inzwischen möglich, mehrere hundert Elektroden im Feld anzusteuern. Anschließend kann das inverse Problem mit Hilfe von computergestützten Methoden gelöst werden, um den spezifischen elektrischen Widerstand, ρ_b, bzw. dessen Kehrwert, die spezifische elektrische Leitfähigkeit, σ_b, in einer hohen räumlichen Auflösung zu berechnen (Fig. 2).

Fig. 2: Betrag des komplexen Widerstands, |ρ_b|, nach Inversion eines Datensatzes von Oberflächenmessungen. Die Messelektroden sind durch schwarze Punkte gekennzeichnet.

Eine weitere Entwicklung in der Geoelektrik besteht darin, nicht nur den Betrag der Potentialdifferenz zu messen, sondern auch die Phasenverschiebung zum eingespeisten Strom (Fig. 3). Diese Methode wird als Induzierte Polarisation (IP) bezeichnet oder, wenn mit mehreren Frequenzen gemessen wird, als Spektrale Induzierte Polarisation (SIP). Solche Verfahren erfassen die Polarisierbarkeit des Bodens, die wiederum Aufschluss über Strukturinformationen wie Korngrößenverteilung und hydraulische Permeabilität gibt.

 Fig. 3:  Phase des komplexen Widerstands, φ, nach Inversion eines Datensatzes von Oberflächenmessungen. Die Messelektroden sind durch schwarze Punkte gekennzeichnet.

Kopplung von geophysikalischer und hydrologischer Modellierung

Um die hydraulischen Eigenschaften von Böden und Grundwasserleitern durch geoelektrische Messungen bestimmen zu können, werden petrophysikalische Beziehungen abgeleitet, die den Zusammenhang zwischen elektrischen und hydraulischen Größen herstellen. Damit werden elektrische Bodeneigenschaften entweder direkt in hydraulische Zustandsvariablen überführt, oder die Funktionen werden in gekoppelte geophysikalisch-hydrologische Inversionsverfahren integriert (Fig. 4).

Fig. 4: Sättigung, S, während eines synthetischen Infiltrationsexperiments. Schwarze Punkte kennzeichnen Elektroden, an denen ERT-Messungen modelliert werden.

Publikationen

Journal Papers

M. Guglielmetti, M. Schwank, C. Mätzler, C. Oberdörster, J. Vanderborght and H. Flühler, 2008, FOSMEX: Forest Soil Moisture Experiments With Microwave Radiometry, Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on, Volume: 46, Issue: 3, Pages 727-735

M. Guglielmetti, M. Schwank, C. Mätzler, C. Oberdörster, J. Vanderborght and H. Flühler, 2007, Measured microwave radiative transfer properties of a deciduous forest canopy, Remote Sensing of Environment, Volume 109, Issue 4, Pages 523-532

H.R. Bogena, J.A. Huisman, C. Oberdörster, H. Vereecken, 2007, Evaluation of a low-cost soil water content sensor for wireless network applications, Journal of Hydrology, Volume 344, Issue 1-2, Pages 32-42

Conference Abstracts

C. Oberdörster, J. Vanderborght, A. Kemna, H. Vereecken, 2009, “Monitoring Preferential Flow Processes in a Forest Soil with TDR and ERT”, Joint Assembly of the European Geosciences Union (EGU), Vienna, Austria, 04/21/2009

C. Oberdörster, J. Vanderborght, A. Kemna, H. Vereecken, 2007, “Untersuchung der Messunsicherheit der Elektrischen Widerstandstomographie zur Bodenwassergehaltsbestimmung mittels synthetischer Experimente”, Conference of the German Soil Society (DBG), Dresden, Germany, 09/02/2007

C. Oberdörster, J. Vanderborght, A. Kemna, H. Vereecken, 2007, “Estimation of uncertainty in bulk soil electrical conductivity derived by Electrical Resistivity Tomography”, Joint Assembly of the European Geosciences Union (EGU), Vienna, Austria, 04/15/2007

C. Oberdörster, J. Vanderborght, A. Kemna, H. Vereecken, 2007, “Consideration of Different Error Sources Influencing the Derivation of Bulk Soil Electrical Conductivity Distributions with Electrical Resistivity Tomography”, Conference of the German Geophysical Society (DGG), Aachen, Germany, 03/26/2007

C. Oberdörster, J. Vanderborght, A. Kemna, H. Vereecken, 2006, “Determination of an Appropriate Error Model for the Inversion of ERT Data”, Fall Meeting of the American Geophysical Union (AGU), San Francisco, USA, 12/11/2006

C. Oberdörster, J. Vanderborght, A. Kemna, H. Vereecken, 2005, “Wasserflüsse in einem Waldbestand“, Conference of the German Soil Society (DBG), Marburg, Germany, 09/05/2005

Copyright © Uni Bonn | Erstellt von Anja Drenkelfuß | 11.11.2010