Bodenradar – Georadar
Bodenradar – Georadar – Ground Penetrating Radar (GPR)
Ein großartiges geophysikalisches Messverfahren – es verstehen und missverstehen – oder Gebrauch und Missbrauch.
Radar (radio detection and ranging) nutzt sehr kurzwellige elektromagnetische Wellen zur Ortung und Abtastung von Objekten, die die Wellen reflektieren. Bekannt ist Radar aus der Schifffahrt, aus der Meteorologie (Wolkenbeobachtung) und der Fernerkundung von Planetenoberflächen.
Bodenradar in der angewandten Geophysik ist Reflexionsseismik mit anderen Mitteln: Wie in der Seismik elastische Wellen werden beim Bodenradar elektromagnetische Wellen in Impulsform über Antennen in den Untergrund geschickt. Vom Sender breiten sie sich mit gesteinsspezifischen Geschwindigkeiten aus, werden an Diskontinuitäten reflektiert und können zu einer Empfänger-Antenne gelangen. Wie in der Seismik werden die Laufzeiten zwischen Sendung und Empfang gemessen; kennt man die Fortpflanzungsgeschwindigkeiten, können Wegstrecken ermittelt werden.
In Luft breiten sich Radarwellen mit nahezu der Vakuum-Lichtgeschwindigkeit von c ~ 300000 km/s = 0,3 m/ns [ns = Nanosekunde = 10-9 s] aus. In Materie, so auch in Gesteinen, ist die Geschwindigkeit reduziert und wird dort von der relativen Dielektrizitätszahl bestimmt. Deshalb hat Wasser mit der anomal hohen Zahl von 81 einen großen Einfluss bei der Ausbreitung von Radarwellen.
Starken Einschränkungen unterliegen Radarmessungen durch die Absorption im Untergrund, die von der elektrischen Leitfähigkeit abhängt. Sehr gut leitende Gesteine (Ton- und Mergelsteine; salzwasserführende Sande usw.) reduzieren die Eindringtiefe rasch auf wenige Dezimeter, und auch in Gesteinen mit höheren spezifischen Widerständen werden Untersuchungstiefen von 10 bis 20 m kaum überschritten. Ein anderer Einflussfaktor ist die Frequenz der Radarsignale (meist in der Größenordnung 100 MHz): Niedrigere Frequenzen erlauben größere Eindringtiefe; einher damit geht dann eine Reduzierung des Auflösungsvermögens.
Bistatische 25 MHz-Antenne.
Radar-Messgeräte im Einsatz – unten: Hohlraum-Ortung unter Gebäuden.
Messsysteme benutzen monostatische Antennen (Sendeantenne = Empfangsantenne) oder bistatische Antennen (Sende- und Empfangsantennen räumlich getrennt), die in handwagenähnlichen oder schlittenförmigen Gefährten untergebracht sind. Spezielle Antennen lassen sich – monostatisch und bistatisch – in Bohrungen einbringen; in letzterem Fall kann man von cross-hole-Messungen oder Radar-Tomographie (hier auch kombinierte Messungen Bohrloch/Oberfläche) sprechen.
Anwendungen von Radarmessungen sind sehr vielfältig und im ingenieurgeologischen Bereich, bei der Erkundung von Altlasten, bei der Ortung der verschiedensten Objekte aber auch bei der Untersuchung des normalen, oberflächennahen geologischen Untergrundes anzutreffen.
Typisches Radargramm; Diskordanz geologischer Schichten.
Bodenradar-Tomographie – Subrosionssenke – 10 m Blocktiefe – 200 MHz.
Tiefenradar: Höhle im Karstgebirge (R. Tengler)