Studieninfo zum Fach Geophysik

Abschluss: Bachelor of Science

1. Portrait des Fachs
2. Anforderungen an Studieninteressierte
3. Berufs- und Tätigkeitsfelder
4. Struktur und Aufbau des Studiums
5. Hinweise zur Studien- und Prüfungsordnung
6. Literaturhinweise

1. Portrait des Fachs

1.1 Geschichte und Methoden

Seit jeher haben sich die Menschen mit ihrem, und bald auch mit anderen Planeten beschäftigt. Fragen nach der Figur der Erde, nach den Kräften, die von ihr ausgehen (Schwere- und Magnetfeld) waren Motivation für viele grundlegende Forschungsaktivitäten. Im England unter Königin Elisabeth I., beschäftigte sich ihr Leibarzt und Universalgelehrter William Gilbert wissenschaftlich mit dem Phänomen des Erdmagnetismus. „Magnus magnes ipse est globus terrestris“ (Die Erde selber ist ein großer Magnet), lautete sein Fazit. Kurz danach, im Zeitalter der Aufklärung haben Galileo Galilei und Isaac Newton ihre bahnbrechenden Arbeiten zur Gravitation erstellt. Angeregt durch den großen Naturforscher Alexander von Humboldt, widmete sich der deutsche Mathematiker Carl Friedrich Gauss im 19. Jahrhundert der Erforschung des Erdmagnetfeldes. Mit seiner Analyse des Magnetfeldes lieferte er wesentliche Beiträge zur geophysikalischen Forschung. So konnte er zeigen, dass die Quellen des irdischen Magnetfelds hauptsächlich im Innern des Erdkörpers liegen. Die Entwicklung der eigentlichen Geophysik begann zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Man hatte entdeckt, dass elastische Wellen, die von natürlichen Erdbeben oder künstlichen Anregungen ausgesandt wurden, geeignet sind, um das Innere der Erde zu „durchleuchten“. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen, ihre Brechungen und Reflexionen lieferten Hinweise über die Struktur des Untergrundes. Die Seismologie, die Wissenschaft von den Erdbeben war geboren. Deutschen Wissenschaftlern gelang es, in Pionierarbeiten wichtige Erkenntnisse beizutragen und neue Instrumente zu entwickeln. Emil Wiechert baute 1902 den ersten Seismographen, der ein Erdbeben über den gesamten zeitlichen Verlauf aufzeichnen konnte. In kurzer Zeit wurden seismische Verfahren zur Prospektion von Lagerstätten nutzbar gemacht und bald nicht nur zur Grundlagenforschung, sondern in der Angewandten Geophysik praktisch und häufig profitabel eingesetzt. Anomalien im Untergrund machen sich oftmals auch durch Abweichungen des Schwere- und/oder des Magnetfeldes an der Erdoberfläche bemerkbar. Dies wird neben den seismischen Verfahren zur Erkundung des Untergrundes ausgenutzt. Bis heute ist die Erkundung von Lagerstätten eine wichtige Anwendung der geschilderten geophysikalischen Verfahren, die auch heute noch stetig weiter entwickelt werden. Bereits Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts äußerte der deutsche Meteorologe Alfred Wegener die Vermutung, die Kontinente hätten sich im Laufe de Erdgeschichte bewegt und würden sich noch immer bewegen. Der Gedanke stieß auf allgemeine Ablehnung. Zu stark war der Gedanke verhaftet, die Erde sei ein, im Wesentlichen, statisches Gebilde. Insbesondere konnte man sich nicht vorstellen, welche Antriebskraft hinter der Drift der Kontinente stecken könnte. Bohrungen im Meeresboden, die von Forschungsschiffen aus seit etwa 1960 durchgeführt wurden, machen deutlich, dass die Erdkruste tatsächlich in Platten zersplittert ist, die sich gegeneinander mit Geschwindigkeiten von einigen cm/Jahr bewegen. Anders, als von Wegener vermutet, sind es nicht die Kontinente, die sich aktiv bewegen. Vielmehr stellen die gesamte Erdkruste, auch die Ozeanböden, ein Puzzle aus Platten dar. Wo Platten sich reiben, kommt es zu Erdbeben und Vulkanausbrüchen. Die Antriebskräfte der Plattentektonik liegen im Erdinnern. Durch Konvektionsprozesse wird Wärme in Bewegung umgesetzt und diese Energie treibt letztlich die Platten. In dieser Zeit entstand das Bild der „Dynamischen Erde“. Auch die Erdoberfläche, unser Lebensraum, ist ständigen Änderungen unterworfen. Gleichzeitig mit der Entdeckung der Plattentektonik wurde deutlich, dass es in der Erdgeschichte zahlreiche Umpolungen des irdische Magnetfelds gegeben hatte. Das Magnetfeld der Erde schützt uns vor dem solaren Wind, einem Partikelstrom, der von der Sonne ausgeht. Möglicherweise kann nur das Magnetfeld unsere Atmosphäre vor der Erosion durch den Sonnenwind schützen und ist somit von großer Bedeutung für das Entstehen von Leben auf Planeten. Nach heutigen Vorstellungen entsteht das Erdmagnetfeld durch einen Dynamoprozess im äußeren Erdkern, der Schicht des Erdkörpers, die sich in eine Tiefen zwischen 2900 - und 5150 km Tiefe befindet. Die Erkenntnis, das es sich bei der Erde um in dynamisches System handelt, hat auch die Geophysik stark verändert. Zwar erlauben heute seismische Methoden, tomographische Bilder des Erdinnern zu gewinnen, doch möchte man nicht allein die Struktur des Erdkörpers, sondern vielmehr auch die Prozesse verstehen, die in ihm ablaufen. Ausgefeilte mathematische Methoden und Hochleistungsrechner erlauben inzwischen die Modellierung der dynamischen Prozesse im Erdinnern. Fragen nach dem Entstehen von Plattentektonik auf Planeten oder nach Mechanismen die das Erdmagnetfeld entstehen und aufrecht erhalten, gehören zu den top-aktuellen Forschungsfeldern der Geophysik. Das „System Erde“ ist zum wichtigen Begriff in der modernen Geophysik geworden und unterstreicht die enge Verbindung der einzelnen Sphären unseres Lebensraumes. Vulkanausbrüche beeinflussen das Klima, Erdbeben können gefährliche Flutwellen auslösen. Das sind nur zwei Beispiele bei denen Prozesse im Erdinnern die Atmosphäre bzw. die Hydrosphäre beeinflussen. Geophysik konzentriert sich zwar auf den Erdkörper, die Grenzen zu den Atmosphärenwissenschaften und der Ozeanographie sind fließend. Raumfahrtmissionen erlauben immer bessere Vergleiche zwischen der Erde und anderen Planeten. Dies ist nützlich, um Besonderheiten der Planeten zu erkennen und so ist ein Teil der Planetenforschung auch Bestandteil der Geophysik. Neben der Lagerstättenexploration auf der einen und der grundlagenorientierten Forschung auf der anderen Seite, ist ein weiterer Bereich, die Umweltgeophysik entstanden. Das Aufspüren von Altlasten, mit geophysikalischen Methoden, Schadstofftransport im Grundwasser, seien als zwei typische Fragestellungen erwähnt. Die Erkenntnis, dass der oberflächennahe Untergrund eine wichtige Ressource darstellt, und zwar nicht nur zum Abbau von Lagerstätten, sondern auch als mögliches Speichermedium (etwa für Klimagase) erzeugt derzeit intensive Aktivitäten in diesem Gebiet der Geophysik.

1.2 Lehr- und Forschungsschwerpunkte

Die Forschung des Instituts für Geophysik wird durch drei thematische Schwerpunkte geprägt, die auch in der Lehre ihren Ausdruck finden.

Geodynamik: Modellhafte Erfassung und quantitative Beschreibung von Prozessen im Erdinnern mit besonderer Berücksichtigung von Mantelkonvektion und Vorgängen im Zusammenhang mit der Generierung des Erdmagnetfelds im äusseren Erdkern sowie deren Ausprägungen an der Erdoberfläche.

Seismologie: In der Seismologie werden Wellen, die von seismischen Quellen ausgehen (z. B. Erdbeben, Explosionen etc.) benutzt, um das Innere der Erde zu untersuchen und Strukturen im Mantel, in der Kruste oder im Kern zu bestimmen. Dies Strukturen können Hinweise auf Prozesse und Zusammensetzung des Erdinneren geben. In der Arbeitsgruppe Seismologie an der WWU werden vor allem seismische Strukturen im Erdmantel mit Hilfe seismischer Arrays untersucht - dazu gehören z. B. die D"Schicht, die Detektierung subduzierter Lithosphäre im tiefen Erdmantel und die Übergangszone zwischen unterem und oberem Erdmantel.

Polarforschung: Beschreibung von Vorgängen in den Polargebieten mit Hilfe geophysikalischer Labor- und Feldmethoden sowie deren Simulierung in numerischen Modellen; besondere Berücksichtigung von Fragen nach den Folgen globaler Veränderungen für Arktis und Antarktis.

Umweltgeophysik: Entwicklung, Erprobung und Einsatz von geophysikalischen Feld- und Labormethoden zur Erfassung und Quantifizierung von umweltrelevanten oberflächennahen Strukturen und Prozessen; Entwicklung und Anwendung eines numerischen Modellinstrumentariums.

Die inhaltlichen Schwerpunkte des Bachelorstudiengangs Geophysik an der Westfälischen Wilhelms-Universität orientieren sich an den Hauptforschungsfeldern des Instituts für Geophysik (Geodynamik, Polarforschung, Umweltgeophysik). Globale Beobachtungssysteme lassen deutlich werden, wie sehr unser Lebensraum von stetigen wie auch plötzlichen Veränderungen geprägt wird. Die Veränderungen finden typischerweise auf globalen Skalen (Schwankungen des Erdmagnetfeldes; globale Klimaveränderungen), auf intermediären (Veränderungen der Eiskörper in den Polarregionen) und auf lokalen Größenordnungen statt (Schadstofftransport im Grundwasser). Ein wesentliches Ziel der Geophysik ist es, derartige Phänomene quantitativ zu erfassen, die zugrunde liegenden Mechanismen zu verstehen und Konsequenzen abzuschätzen. Das Bachelorstudium ist ein grundständiges wissenschaftliches Studium, das zu einem ersten berufsqualifizierenden Abschluss führt. Es vermittelt wissenschaftliche Grundlagen und Fachkenntnisse der Geophysik sowie Methodenkompetenz und berufsfeldbezogene Qualifikationen. Das Studium befähigt die Studierenden zu wissenschaftlicher Arbeit, Problemlösung und Diskussion, zur kritischen Einordnung der wissenschaftlichen Erkenntnis und zum verantwortlichen Handeln. Dies schließt insbesondere Techniken der Datenerfassung (Monitoring) unter realistischen Bedingungen (Feldeinsatz) ein. Aufgrund der immensen räumlichen und zeitlichen Größenordnung der relevanten Prozesse kann eine Untersuchung im Labor nur eingeschränkt erfolgen. Der numerischen Modellierung auf leistungsfähigen Rechnern kommt im Studiengang eine Schlüsselrolle zu (Modelling, Computational Geophyscis). Der qualifiziert abgeschlossene Bachelorstudiengang Geophysik stellt eine mögliche Eingangsvoraussetzung für den Masterstudiengang Geophysik an der Universität Münster dar.

1.3 Studiensituation in Münster

Die Lehreinheit Geophysik ist in Münster dem Fachbereich Physik zugeordnet. Dies unterstreicht die für Münster typische physikalische Ausrichtung des Faches Geophysik. Derzeit arbeiten ca. 15 Wissenschaftler am Institut und insgesamt ca. 110 Studierende sind derzeit eingeschrieben. Das Institut unterhält einen Werkstattbereich und eine leistungsfähige Rechnerplattform. Beide Einrichtungen kommen Studierenden in Feldpraktika und Computerkursen zugute. Die geophysikalischen Lehrveranstaltungen werden als Vorlesungen mit Übungen, Seminaren und Praktika angeboten. Neben der Vermittlung von Fachwissen werden in den Seminaren auch Präsentationstechniken (teilweise englischsprachig) eingeübt. Feldexkursionen werden derzeit in Kooperation mit englischen mit französischen Universitäten durchgeführt Typische Lehrveranstaltungen werden von 20 - 30 Teilnehmern belegt, so dass eine intensive Betreuung möglich ist. Die Lehreinheit Geophysik hat eine eigene Fachschaft, die sich um die studentischen Belange kümmert.

2. Anforderungen an Studieninteressierte

Geophysik ist ein naturwissenschaftliches Studium. Interesse an naturwissenschaftlichen Fragestellungen, sowie Neigung und Befähigung, mathematische und physikalische Sachverhalte zu verstehen und anzuwenden, stellen Voraussetzungen für ein erfolgreiches Studium dar. Spezielle Aspekte geophysikalischer Forschungsmethoden, z.B die Datenerfassung im Feld, unter manchmal schwierigen Bedingungen (in Polarregionen), erfordern darüber hinaus Improvisationstalent und Teamfähigkeit. Geophysikalische Aktivitäten finden fast immer in internationalem Umfeld statt. Kommunikationsfähigkeit und -bereitschaft sind bereits im Studium (z. B. bei international besetzten Messexkursionen) von großer Bedeutung.

3. Berufs- und Tätigkeitsfelder

Aufgrund der breit angelegten mathematischen und physikalischen Ausbildung in Münster erwerben Geophysiker/innen die Befähigung komplexe Fragestellungen in vielen Bereichen der Naturwissenschaft erfolgreich zu behandeln. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten reichen dabei von der Beschäftigung in Energieversorgungsunternehmen, über Ingenieurbüros, die sich umweltrelevanten Fragestellungen widmen, bis zur Beschäftigung in Planungsstäben zum Katastrophenschutz und zur Analyse von 'Geo-Risiken' in Versicherungsunternehmen. Aktuelle Beispiele hierfür sind etwa die derzeit hochaktuellen Fragestellungen im Bereich der Klimafolgenforschung oder der Feinstaubproblematik. Für derartige Problemfelder, die eine enge Verzahnung und Zusammenarbeit von Disziplinen wie der Geophysik, Meteorologie, Luftchemie aber auch der Messtechnik erfordern, sind Geophysiker stets gefragt. In den letzten Jahren entstandene Großforschungseinrichtungen und Forschungsinstitute wie das Geoforschungszentrum Potsdam oder das Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung bieten vielfältige Tätigkeitsmöglichkeiten für Geophysikabsolventen/innen. Neben den mehr geowissenschaftlichen Tätigkeitsfeldern eröffnen sich Geophysikerinnen/Geophysikern aber auch interessante Möglichkeiten in anderen Naturwissenschaften wie der Medizin, der Pharmazie oder der Biologie. Auch in technischen Bereichen (Fahrzeugbau, Informationstechnologie, anwendungsorientierte Informatik) sind Geophysiker/innen heute tätig. Die Berufsaussichten für Geophysiker/innen sind vergleichbar mit denen von Physikern/innen und somit als außerordentlich gut zu bezeichnen.

4. Struktur und Aufbau des Studiums

4.1 Modulstrukturen

Eine ausführliche tabellarische Darstellung der Modulstrukturen finden Sie hier.

4.2 Studienbegleitende Prüfungen

Der erfolgreiche Abschluss eines Moduls setzt das Erbringen der dem Modul zugeordneten Studienleistungen und das Bestehen der dem Modul zugeordneten prüfungsrelevanten Leistungen voraus. Er führt nach Maßgabe der Modulbeschreibungen zum Erwerb von Leistungspunkten. Die Bachelorprüfung wird studienbegleitend abgelegt. Sie setzt sich aus den prüfungsrelevanten Leistungen im Rahmen der Module sowie der Bachelorarbeit zusammen. Die prüfungsrelevanten Leistungen und die Bachelorarbeit sind Modulen zugeordnet.

4.3 Praktika

Externe Praktika sind nicht zwingend vorgesehen, werden aber von den Lehrenden angeregt. Hier wird individuell, abhängig von der Verfügbarkeit von Stellen und von der Neigung des jeweiligen Studierenden vorgegangen. Wir unterhalten Verbindungen zu Firmen, Hochleistungsrechenzentren (NIC Jülich), sowie zu Großforschungseinrichtungen (z.B. Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe).

4.4 Sonstige Anforderungen

Zum Studium der wissenschaftlichen Literatur sind Englischkenntnisse erforderlich.

5. Hinweise zur Studien- und Prüfungsordnung

Die Prüfungsordnung finden Sie unter http://zsb.uni-muenster.de/material/m551b_3.htm.

6. Literaturhinweise

• H. Berckhemer, Grundlagen der Geophysik, 2. Auflage, Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt, 1997
  
• G.C. Brown & A.E. Mussett, The Inaccessible Earth, George Allen & Unwin, London 1981 V.
  
• Jacobshagen, J. Arndt, H.-J. Götze, D. Mertmann und C.M. Wallfass, Einführung in die geologischen Wissenschaften, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart 2000
  
• F. Press & R. Siever, Understanding Earth, 2 nd. ed., W.H. Freeman and Company, New York 1999 K.
  
• Strobach, Unser Planet Erde, Gebrüder Bornträger, Berlin 1991

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