Tiefsee, Wüsten, Vulkane oder sogar der Mars: Manche Orte sind so extrem, dass sie eher wie Schauplätze eines Abenteuerfilms wirken als wie Forschungsgebiete der Geologie. Trotzdem versuchen Wissenschaftler:innen genau dort, die Landschaften zu kartieren und ihre Geschichte zu entschlüsseln. Moderne Technologien wie Satelliten, Forschungs-U-Boote oder Drohnen spielen dabei eine zentrale Rolle – manchmal helfen aber sogar Pinguine bei der geologischen Forschung.

Geologin Kristine Asch von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover (BGR) sprach zuletzt bei einer gemeinsamen Lecture der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der European Geosciences Union (EGU) über die Herausforderungen geologischer Kartierung unter extremen Bedingungen. Im Interview erklärt sie, warum geologische Karten weit mehr sind als wissenschaftliche Dokumente, weshalb direkte Feldarbeit trotz modernster Technik unverzichtbar bleibt – und was uns die Forschung über die Zukunft unseres eigenen Planeten verraten könnte.

Kartierung unter Extrembedingungen

Frau Asch, Tiefsee, Wüste, Vulkane oder sogar der Mars – das klingt eher nach Abenteuerfilm als nach Geologie. Wie funktioniert geologische Kartierung dort, wo Menschen kaum hinkommen können?

Kristine Asch: Geologische Kartierung im Gelände ist selbst unter normalen Bedingungen oft schon herausfordernd. Ich nenne nur wilde Hunde in Portugal, die mich einst verfolgten, oder Eisbären auf Spitzbergen. Ein Kollege aus Kanada wurde beim Kartieren sogar einmal von Wölfen verfolgt.

In extremen Umgebungen geschieht die Kartierung heute vor allem mit technischen Hilfsmitteln. Dabei kommen geophysikalische Methoden zum Einsatz – etwa mittels Satelliten, Drohnen, Flugzeugen oder Schiffen. In Wüsten wird zum Beispiel häufig die sogenannte Hyperspektralanalyse verwendet, um unterschiedliche Gesteinsarten voneinander zu unterscheiden, ohne direkt vor Ort sein zu müssen. Für Vulkane braucht es sehr hitzebeständige Schutzanzüge. Die Tiefsee wiederum wird oft mit Hilfe eines Fächer-Echolots kartiert. Ein solches wird zum Beispiel von der BGR  auf einem Geräteträger möglichst nahe am Meeresboden hinter einem Schiff hergeschleppt; so wird die Meeresbodenoberfläche möglichst detailgetreu vermessen. Für die Erforschung der Tiefsee gibt es außerdem Forschungs-U-Boote, die sich bemannt oder unbemannt in große Tiefen begeben.

Und manchmal gibt es auch überraschende nicht-technologische Methoden. In der Antarktis etwa helfen tatsächlich Pinguine bei der Kartierung. Sie sammeln kleine Steine vom Meeresboden auf, die ihnen bei der Verdauung helfen und die dann von Biolog:innen eingesammelt und von Geolog:innen untersucht werden. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf Gesteine, Eisfliessrichtungen oder bislang unbekannte geologische Strukturen ziehen. Die Geschichten, die hinter der Kartierung stecken, sind oft unglaublich spannend.

Die Faszination des Unbekannten

Was fasziniert Sie an der Kartierung in solchen extremen Umgebungen?

Asch: Obwohl wir bereits sehr viel über den geologischen Untergrund der Erde wissen, gibt es noch immer erstaunlich viele weiße Flecken auf den geologischen Karten. Mich fasziniert dieses Unbekannte – das Finden neuer Puzzleteilchen und das Schließen solcher Lücken. Dazu kommt die wissenschaftliche Neugier: Was verbirgt sich unter dem Eis? Was finden wir in der Tiefsee? Welche Geologie gibt es auf dem Mars? Und was können wir daraus über die Geschichte unseres eigenen Planeten lernen?

Besonders spannend finde ich auch das Zusammenspiel unterschiedlicher Disziplinen. In der Tiefsee arbeiten etwa Geolog:innen, Geophysiker:innen und Biolog:innen eng zusammen. Auch in der Antarktis ergänzen sich verschiedene Forschungsbereiche. Diese Zusammenarbeit ist unglaublich faszinierend. Und letztlich steckt in der Geologie immer auch Geschichte – die Geschichte der Erde, der Gesteine, des Lebens und auch der Menschheit. Geologische Kartierung ist die Grundlage dafür, diese Geschichte und das Entdeckte sichtbar zu machen.

Warum geologische Karten wichtig sind

Geologische Karten gelten als Grundlage vieler Entscheidungen. Warum ist es so wichtig, selbst schwer zugängliche Regionen der Erde – und andere Planeten – geologisch zu erfassen?

Asch: Geologische Kartierung war eigentlich schon immer eng mit Rohstoffen verbunden. Wenn man weit zurückgeht, könnte man sich die ersten „geologischen Karten“ vielleicht sogar als ein paar Linien im Sand vorstellen, mit denen etwa eine Neandertalerin einem anderen Neandertaler erklärt hat, wo es Feuersteine gibt. Gesteinsart und Ort wurden also schon sehr früh miteinander verknüpft. Auch die ersten historischen geologischen Karten dienten vor allem der Rohstoffsuche. Pharao Ramses II. ließ etwa bereits eine Karte eines Goldvorkommens erstellen. Und auch die ersten Karten geologischer Dienste oder deutscher Fürstentümer entstanden vor allem mit Blick auf Rohstoffe, etwa Gold, Silber oder Kohle. Das gilt bis heute – auch in extremen Umgebungen. Es geht etwa um Rohstoffvorkommen am Meeresboden oder unter dem Eis oder in der Wüste. Gleichzeitig geht es aber auch um ganz grundlegende Fragen: In Wüsten etwa spielt Trinkwasser eine zentrale Rolle oder die Frage, wie Leben unter extremen Bedingungen erhalten werden kann.

Ein weiterer wichtiger Punkt sind Geogefahren. Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe hat beispielsweise in Spitzbergen kartiert, um mögliche Hangrutschungen ins Meer zu untersuchen. Solche gewaltigen Felsstürze können Tsunamis auslösen. Erst vor kurzem ist in Alaska ein riesiger Felsblock in einen Fjord gestürzt und hat tatsächlich einen Tsunami ausgelöst.

Die Anwendungsmöglichkeiten sind insgesamt enorm vielfältig. Bei der Kartierung des Meeresbodens geht es zum Beispiel nicht nur um Rohstoffe wie Manganknollen oder Sulfiderze, sondern etwa auch um Sand für den Küstenschutz oder um die Untersuchung von Lebensräumen in der Tiefsee gemeinsam mit Biolog:innen. Auch dort gibt es noch viele unbekannte geologische und biologische Schätze. Und auch in der Nord- und Ostsee ist geologische Kartierung wichtig – etwa, um einen sicheren Untergrund für Windkraftanlagen zu finden.

Warum Feldarbeit unverzichtbar bleibt

Sie sprechen auch vom „Groundtruthing“, also der Überprüfung von Daten vor Ort. Warum bleibt direkte Feldarbeit trotz modernster Technik unverzichtbar?

Asch: Mit Fernerkundungsdaten kann ich große Gebiete sehr gut erfassen und analysieren. Aber am Ende muss überprüft werden, ob das, was ich dort vermeintlich entdeckt habe, tatsächlich der Realität entspricht. Genau dafür braucht es das sogenannte „Groundtruthing“. Man geht also gezielt an Orte, die in den Daten auffällig erscheinen, und überprüft direkt vor Ort, was wirklich vorhanden ist. Das dient letztlich der Validierung und Kalibrierung der Fernerkundungsmethoden. Der Mensch sieht dabei oft mehr als einzelne Messdaten. Vor Ort betrachtet man nicht nur ein einzelnes Gestein, sondern die gesamte Umgebung, die Landschaftsformen und die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Strukturen. Gerade diese Beobachtungen sind enorm wertvoll und durch Technik allein oft nicht vollständig ersetzbar. Bei der Mars- oder der Tiefseekartierung besteht das Groundtruthing vor allem aus Probenahme durch technische Geräte.

Was wir vom Mars lernen können

Was können wir durch die Erforschung extremer Landschaften auf der Erde über unseren eigenen Planeten lernen – und vielleicht auch über die Zukunft der Exploration auf dem Mars?

Asch: Mich hat schon als Kind fasziniert, dass es immer noch Neues zu entdecken gibt. Diese Vorstellung von unbekannten Welten hat für mich fast etwas von Science-Fiction – und gleichzeitig ist sie reale Forschung. Ein Beispiel: Auf dem Mars gibt es Hinweise dafür, dass es früher große Wasservorkommen gegeben haben muss. Vielleicht gab es dort sogar einmal biologisches Leben. Jetzt stellt sich die Frage: Was ist mit dem Wasser passiert? Was ist mit der Atmosphäre passiert? Und was können wir daraus über die Entwicklung unseres eigenen Planeten lernen? Natürlich spielt dabei auch die Frage eine Rolle, ob Menschen irgendwann einmal bemannte Missionen zum Mars schicken werden. Dafür müssen wir möglichst viel über den Planeten, seine Geologie und mögliche Gefahren wissen.

Aber auch auf der Erde helfen uns extreme Landschaften dabei, zukünftige Entwicklungen besser zu verstehen. Die Erforschung von Hangrutschungen in Spitzbergen zum Beispiel, aber auch die Untersuchung von Gletschern, Wüsten oder der Tiefsee kann wichtige Hinweise auf Klimaveränderungen, Naturgefahren oder ökologische Entwicklungen liefern.

Diese Welt ist voller Wunder, die es zum Teil noch zu entdecken gibt. Ich freue mich immer wieder und ich staune, was es noch alles zu entdecken gibt, was wir noch nicht wissen. Es ist enorm wichtig, das zu erhalten.