Потсдамский центр имени Гельмгольца

Потсдамский центр наук о Земле был основан в 1992 году как один из трёх новых крупномасштабных исследовательских центров в бывшей Ассоциации крупных исследовательских институтов (нем. Arbeitsgemeinschaft der Großforschungseinrichtungen)^[4][5].

Потсдамский центр наук о Земле унаследовал традиции научно-исследовательских институтов, которые располагались в Телеграфенберге с конца XIX века и сделали Потсдам известным центром изучения естественных наук. Среди них — Центральный институт физики Земли (ZIPE) и институт Академии наук ГДР, где проводились исследования в области геофизики и высшей геодезии^[6][7].

В конечном итоге, GFZ восходит к потсдамcкому геодезическому институту Прусской академии наук. При его директоре Фридрихе Роберте Гельмерте (с 1886 по 1917 год) потсдамский институт превратился в мировой центр научной геодезии^[8][9]. С 1909 по 1971 годы значение силы тяжести в Потсдаме было мировым эталонным значением («Потсдамское значение силы тяжести»), а 1930 году абсолютное значение силы тяжести в Потсдаме было принято в качестве мирового опорного значения^[10]. Большой вклад в эту работу внёс Теодор Альбрехт^{[11][12][13][14]}.

Центр имени Гельмгольца Потсдам активно сотрудничает с другими геонаучными и геотехническими институтами по всему миру и является членом Ассоциации немецких исследовательских центров имени Гельмгольца^[15]. Финансирование центра на 90 % осуществляется Федеральным министерством образования и научных исследований Германии и на 10 % — министерством науки, исследований и культуры Бранденбурга^[16][17].

Фонд состоит из пяти специализированных отделов, а также нескольких геоинженерных центров и научных инфраструктур^[18].

Основными направлениями исследований являются:

• Химия Земли и биогеохимические циклы: геотермальная энергетика, неорганическая и изотопная геохимия, органическая геохимия, анализ осадочных бассейнов и геомикробиология.
• Геодезия и дистанционное зондирование: GPS / Galileo технологии, спутниковое наблюдение Земли, гравитационные поля и гравиметрия, дистанционное зондирование, моделирование Земли и геоинформатика. В его задачи входит исследование гравитационного поля и вращения Земли, международные службы (IERS, IGS, Спутниковая лазерная дальномерная станция в рамках ILRS^[19] и 4D моделирование Земли); Разработка исследовательских спутников и методов космической геодезии, дистанционного зондирования.
• Геодинамика и геоматериалы: динамика литосферы (тектоника плит), геомеханика и реология, химия и физика геоматериалов и приповерхностная геохимия.
• Физика Земли: риск и раннее предупреждение землетрясений, геофизическое зондирование глубин, геомагнитное поле, сейсмология, геодинамическое моделирование, сейсмическая опасность и поля напряжений. Область научных исследований: геофизическое исследование земной коры и мантии, прикладная сейсмология (анализ землетрясений и других стихийных бедствий, глобальный сейсмологический мониторинг, система раннего предупреждения о цунами); геомагнитное поле и солнечно-земные связи (солнечная активность и прочее).
  • Оба департамента интенсивно сотрудничают в разработке исследовательских спутников: Start GFZ-1 (1992), CHAMP (2000), 2 спутника GRACE (2002), GOCE), инструментов спутниковой лазерной локации и гравиразведки).
• Процессы земной поверхности: геоэкология и геоморфология, динамика климата и ландшафтное развитие, гидрогеология, инженерная гидрология.

Большие исследовательские темы тесно связаны с геоинженерными центрами. В настоящее время существуют следующие геоинженерные центры^[20]:

• Международный геотермальный центр ICGR
• Центр раннего предупреждения EWS
• Центр геоинформационных технологий CeGIT
• Центр хранения геологической информации CGS
• Центр интегрированных углеводородных исследований CIHR

В области наблюдения за планетой существуют следующие научные инфраструктуры:

• Библиотечно-информационная служба LIS^[21]
• Модульная инфраструктура наук о Земле MESI: спутниковые системы, лаборатория вторичной ионной масс-спектрометрии (SIMS) и трансмиссионный электронный микроскоп (TEM) FEI Tecnai, глобальные обсерватории и мобильные устройства^[22].
• Геомагнитная обсерватория^[23]
• Центр обработки данных^[24]
• Лаборатория научного бурения^[25]

Центр имени Гельмгольца Потсдам — Германский центр исследования Земли разработал несколько спутников.

Первый небольшой лазерный исследовательский спутник получил название GFZ-1 и был запущен в 1992 году для спутниковой триангуляции и анализа земного гравитационного поля. Он обращался на орбите на высоте 400 км и был рассчитан на срок службы около 5 лет. GFZ-1 весил 21 кг и был оснащен 60 пассивными ретрорефлекторами, с помощью которых с точностью до сантиметра измерялось его расстояние до наземных станций, а также до существующей с 1974 года станции GFZ SLR^[27].

В августе 2000 года, после некоторой задержки, был запущен следующий спутник, CHAMP, для уточнённых измерений гравитационного и магнитного поля. Аббревиатура расшифровывается как англ. Challenging Minisatellite Payload for Geophysical Research (рус. Сложная мини-спутниковая полезная нагрузка для геофизических исследований). CHAMP также определяет определённые параметры солнечной активности^[28].

В спутниковом проекте GRACE геоисследовательский центр занимается развитием перспективных спутниковых технологий. Два спутника GRACE, запущенные в 2002 году, можно рассматривать как два CHAMP, которые летят на одной орбите на расстоянии около 200 км друг от друга, постоянно измеряя дистанцию (электронное измерение расстояния) и доплеровский сдвиг с помощью микроволн. Эта технология «спутник — спутник» (SST) постоянно анализирует расстояние между двумя спутниками с точностью до миллиметровых долей. Исходя из этого, учёные получают дополнительные измерения, из которых в конечном итоге можно получить чрезвычайно точную картину гравитационного поля Земли, с разрешением приблизительно 100 × 200 км^[29].

В рамках проекта GRACE впервые были обнаружены колебания гравитационного поля Земли, которые были запечатлены на изображении, известном как «Потсдамская гравитационная картошка». Это изображение является визуализацией гравитационного поля Земли, созданной в Центре имени Гельмгольца Потсдам — Германском центре исследования Земли^[30][31][32].

В течение нескольких лет GFZ сотрудничает с командой разработчиков спутника GOCE, что позволяет усовершенствовать методологию GRACE. Также ведётся сотрудничество по дальнейшему развитию измерительной системы PRARE и спутниковой станции Веттцелль в Баварском Лесу^[33].

В период с 2005 по 2011 годы Потсдамский центр наук о Земле в сотрудничестве с партнёрами разработал систему раннего предупреждения цунами для Индонезии (Немецкая индонезийская система раннего предупреждения о цунами) и восточной части Индийского океана. В целом, в рамках проекта должны были быть установлены десять измерительных буев, которые регистрируют опасные волны между Суматрой и Бали, но едва различимы на уровне моря. Данные передаются через спутник в центр раннего предупреждения. Федеральное министерство образования и научных исследований (BMBF) в мае 2005 года на нужды проекта предоставило сумму 45 миллионов евро^[34]. 29 марта 2011 года система была передана Индонезии^[35].

Целью последующего после GITEWS проекта PROTECTS являлось оказание интенсивной поддержки индонезийским партнёрам на этапе эксплуатации системы раннего предупреждения о цунами посредством обучения и научных консультаций. Таким образом, была обеспечена устойчивая поддержка системы, а Индонезия получила возможность эксплуатировать систему после завершения проекта в марте 2014 года^[36].

На европейском уровне Потсдамский центр наук о Земле участвует в разработке систем раннего предупреждения о цунами в проектах Европейского союза DEWS (6-я Рамочная программа исследований ЕС: стоимость проекта 6,1 млн евро) и TRIDEC (7-я Рамочная программа исследования ЕС: стоимость проекта 8,9 млн евро). Проект TRIDEC был удостоен награды Global Risk Awards 2013 в категории «Управление рисками через границы»^[37].

Результаты программ раннего предупреждения о цунами были представлены на Всемирной выставке 2012 года^[38].

• Mission Erde (рус. Миссия Земля) — фильм об исследованиях Земли (документальный фильм ARD, 2001, режиссёр Торстен Зассе). Съёмочная группа сопровождает ученых Потсдамского центра наук о Земле к геологическим точкам Земли. Исследователи GFZ исследуют вулкан Мерапи на Яве, используя спутник Champ для измерения магнитного поля Земли и экспериментируя с газовыми гидратами в вечной мерзлоте канадской Арктики. В фильме делается упор на научные оценки в лабораториях Потсдама^[39].

• Die Tsunami-Warner (рус. Предупреждение о цунами) (документальный фильм Arte, 2005, режиссёр Кристиан Келер (нем. Kristian Kähler)). «Когда цунами вызвало хаос на Рождество в прошлом году, инициировавшие его землетрясения были хорошо измерены. Но тогда не было системы оповещения, которая могла бы вовремя вызвать тревогу. Эта система раннего оповещения о землетрясениях в настоящее время устанавливается в Индийском океане учеными из Германии и их индонезийскими партнерами». Фильм знакомит зрителей с проектом^[40].

С 24 марта по 9 июля 2017 года в доме Бранденбургско-Прусской истории прошла двуязычная (английский/немецкий язык) выставка под названием «Фокус Земля — исследование нашего мира». На выставке были представлены многочисленные экспонаты истории исследований Земли из коллекции Потсдамского центра наук о Земле^[41][42].

Экспонаты выставки 2017