In enger Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Sumiko Tsukamoto, die die Forschungsabteilung Geophysikalische Parametrisierung im Forschungsbereich Regionalisierung sowie das renommierte Geochronologie-Labor am LIAG leitet, entsteht nun eine einzigartige Zusammenarbeit: Gemeinsam sollen geochronologische und datenwissenschaftliche Methoden innovativ weiterentwickelt und angewandt werden. Ziel ist es, belastbare zeitliche Informationen über die komplexe Dynamik klimabedingter Umweltveränderungen zu gewinnen und ihren Einfluss auf regionale terrestrische Systeme (Landschaftsgenese) zu erfassen. Dies liefert quantitative Informationen, um die Entstehung und Entwicklung von beispielsweise natürlichen Georeservoire und Grundwasserleiter zu verstehen. Zudem sind diese Informationen wichtig für das Erforschen von Deformationsstrukturen wie Störungen im Untergrund, die im Zusammenhang mit der Einschätzung von Geogefahren stehen.

Kreutzer wurde 2023 von der DFG mit dem Projekt „DUNE: Deciphering rapid boundary shifts of arid landscapes through space and time by innovative trapped charge dating methods” in das Heisenberg-Programm aufgenommen. Er wechselt von der Universität Heidelberg mit zwei weiteren Forschenden – Dr. Maryam Heydari und Dirk Mittelstraß – an das LIAG. Ein drittes Teammitglied, Dr. Marco Colombo, verbleibt in Heidelberg, wird aber weiterhin aktiv in der Gruppe mitarbeiten. Als Quartärgeochronologe und Diplom-Geograph mit ausgeprägtem Fokus auf Geo-Data-Science konzentriert sich Kreutzer auf das Erfassen schneller Umweltveränderungen und deren Auswirkungen auf vergangene und moderne Gesellschaften. Um Ereignisse und Phasen zeitlich einzugrenzen, setzt er Lumineszenz-Datierungsmethoden ein, deren methodische Grenzen die Arbeitsgruppe durch neue Ansätze und Verfahren stetig erweitert. Ein umfassender, datengestützter Analyseansatz, welcher konsequent auf die Entwicklung von Open-Source Software setzt, unterstützt Transparenz und Reproduzierbarkeit seiner Arbeit. Seine Forschungsgebiete reichen von Europa über Nordafrika bis in die Vereinigten Staaten.

„Mich freut es sehr, zusammen mit meinem Team unsere Forschung nun am LIAG vorantreiben zu dürfen“, erklärt Dr. Sebastian Kreutzer. „Das LIAG ist ein europaweit einzigartiges Institut, in dem angewandte Physik und Geowissenschaften auf Forschungs- und Anwendungsebene zusammenfinden. Das Institut bietet eine beispiellose Infrastruktur und ein modernes, innerhalb der Community hochrenommiertes Geochronologie-Labor mit langjährigem Know-how – zusammen mit Frau Prof. Tsukamoto sitzen wir gewissermaßen im neuen Zentrum der methodischen Weiterentwicklung unserer Datierungsmethoden.“

„Dass Herr Dr. Kreutzer und seine Heisenberg-Arbeitsgruppe unseren Forschungsbereich – und insbesondere die methodische Entwicklung innerhalb der Lumineszenzdatierung von Sedimenten – künftig verstärken, freut mich außerordentlich“, sagt Prof. Dr. Martin Sauter, Institutsleiter. „Die in Hannover geplanten Arbeiten dienen der Untersuchung von Sedimenten zur Rekonstruktion schneller regionaler Umweltveränderungen und zur Bewertung von Georisiken in einer bislang wenig erforschter Schlüsselregionen. Angesichts der umfangreichen Erfahrung des LIAG mit geophysikalischen Untersuchungen im oberflächennahen Bereich, insbesondere im Zusammenhang mit hydrologischen Regimen, ist unser Institut der ideale Standort für diese Arbeiten.“

Im Zuge des Wechsels werden vier von der DFG geförderte Projekte, darunter eine Heisenberg-Förderung, an das LIAG übertragen; ein weiteres eigenständiges Projekt, eingeworben und geleitet von Dr. Maryam Heydari, kommt neu hinzu.

1. DUNE (PI: Sebastian Kreutzer)

Titel: “DUNE: Deciphering rapid boundary shifts of arid landscapes through space and time by innovative trapped charge dating methods”

Förderung: DFG Heisenberg-Programm (https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/505822867)

Beschreibung: Als Rahmenprojekt ist das Ziel von DUNE, neue Methoden der Lumineszenzdatierung und der begleitenden Datenauswertung zu entwickeln sowie zur Anwendung zu bringen. Das übergeordnete Ziel verfolgt die zeitliche Einordnung von schnellen terrestrischen Landschaftsverschiebungen in der Vergangenheit mit Relevanz für vergangene und moderne Gesellschaften.

2. CONSTRAIN (PI: Sebastian Kreutzer)

Titel: „CONSTRAIN: Constraining drought records in the central Great Plains (USA) within the last 1,500 years using innovative luminescence-dating methods”

Förderung: DFG/SNF (https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/505819035)

Beschreibung: Als gemeinsames Projekt mit der Université de Lausanne in der Schweiz (PD Dr. Christoph Schmidt) und der University of Nebraska, Lincoln, US (Prof. Paul Hanson) konzentriert sich CONSTRAIN auf zwei Projektziele: (1) Die Weiterentwicklung der autoregenerativen Lumineszenzdatierungsmethode an Zirkonen und deren Anwendung zur (2) zeitlichen Einordnung von Dürrephasen innerhalb der letzten 2000 Jahre in den Great Plains, im Speziellen anhand sogenannter „Dune Blowouts“. Das sind kraterförmige Hohlformen auf Dünenkämmen, die vermutlich erst bei langanhaltenden Trockenphasen entstanden sind. Die Nutzung von Zirkonen erlaubt hier insbesondere die Datierung von sehr jungen Sedimentverlagerungsprozessen.

3. REPLAY (PI: Sebastian Kreutzer)

Titel: „REPLAY: REProducible Luminescence Data AnalYses”

Förderung: DFG – Research Software Programm (https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/528704761)

Webseite: replay.r-luminescence.or

Beschreibung: Seit 2012 entwickeln, mittlerweile 24, Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Europa und den USA gemeinsam eine Quelloffene Software zur Analyse von Lumineszenzdaten: „Luminescence“. Basis ist die statistische Programmierumgebung R. Im Rahmen von REPLAY, einem Gemeinschaftsprojekt mit der Justus-Liebig-Universität Gießen (Dr. Thomas Kolb) und weiteren Instituten in Deutschland, Österreich und Polen, fördert die DFG die Professionalisierung der Softwareentwicklung, um diese über die ursprüngliche Zielgruppe hinaus frei zugänglich zu machen, und Analyseergebnisse reproduzierbar zu halten.

4. ARENICOLA  (PI: Sebastian Kreutzer)

Titel: “ARENICOLA: Advanced RadiofluorescENce Imaging and grain Classification in Luminescence Applications”

Förderung: DFG (https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/553815036)

Beschreibung: ARENICOLA strebt einen methodischen Durchbruch auf dem Gebiet der ortsaufgelösten Analyse von multispektralen Radiofluoreszenzsignalen an. Gegenwärtig basiert die Lumineszenzdetektion hauptsächlich auf Photoelektronenvervielfachern, obwohl in den letzten zwei Jahrzehnten immer bessere, hocheffiziente halbleiterbasierte Systeme verfügbar wurden. Diese Systeme werden jedoch kaum in Datierungsstudien eingesetzt, was teilweise an der herausfordernden Datenverarbeitung liegt. Das Ziel von ARENICOLA ist die Entwicklung und Implementation von Methoden zur Analyse von ortsaufgelösten multispektralen Radiofluoreszenzdaten. Dabei kommen unter anderem multivariate statistische Methoden und maschinelles Lernen zum Einsatz. Ziele sind Verbesserungen existierender Datierungsprotokolle und eine gesteigerte Effizienz von Lumineszenzdatierungen erhöhen, was einen wesentlichen Beitrag zu zielgerichteten Paläoumweltstudien schafft. Die im Rahmen von ARENICOLA erzeugten Einzelkorn-Radiofluoreszenz-Bilddatensätze und die Analyseansätze werden am Projekteende als freie Software zur Verfügung gestellt. Partner des Projektes ist das HZDR – Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) (Dr. Margret Fuchs).

5. TEHRAN  (PI: Maryam Heydari)

Titel: „TEHRAN: Direct and indirect dating of the North Tehran Fault in the megacity of Tehran using trapped charge dating methods”

Förderung: DFG (https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/565771895?language=de)

Beschreibung: Teheran, Megacity und Hauptstadt des Iran, sieht sich konstant der Gefahr von existentiellen Erdbeben ausgesetzt und wächst dennoch kontinuierlich über tektonisch aktive Störungen hinweg. Eine der wichtigsten dieser Störungen ist die Nord Teheran Störung (NTS), welche sich entlang der Nordgrenze der Stadt erstreckt. Das

Projekt zielt auf die Anwendung von dosimetrischen Datierungsmethoden (trapped charge dating methods, TCDM) zur Entschlüsselung vergangener seismischer Ereignisse als Basis zur Abschätzung zukünftiger Aktivitätsphasen. Die wesentliche Innovationskraft von TEHRAN liegt in der Kombination von zwei komplementären Datierungsansätzen, die durch die Modellierung der Signalrücksetzung unterstützt werden. Damit kann eine bessere Gefahrenvorhersage und somit eine Risikominderung erreicht werden.

Über das Heisenberg-Programm

Mit dem Heisenberg-Programm fördert die DFG herausragende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die bereits alle Voraussetzungen für die Berufung auf eine unbefristete Professur erfüllen. Ihnen soll ermöglicht werden, an einem Ort ihrer Wahl eigenständig hochkarätige Forschung weiterzuführen, ihre wissenschaftliche Reputation auszubauen und sich gezielt auf eine Leitungsposition in der Wissenschaft vorzubereiten. Das Programm gilt als eines der renommiertesten Karriereinstrumente der DFG und bietet dafür verschiedene Fördervarianten, darunter Heisenberg-Stipendium, Heisenberg-Stelle, Heisenberg-Rotationsstelle und Heisenberg-Professur, die innerhalb einer in der Regel fünfjährigen Förderphase flexibel kombiniert werden können. (Quelle: DFG).

In Kürze: Die Datierungsmethode Lumineszenz

Lumineszenzdatierung nutzt die Eigenschaft von natürlichen Mineralien, wie Quarze oder Feldspäte, Energie speichern zu können. Eine gängige Analogie ist eine Batterie, welche sich durch natürliche radioaktive Strahlung sehr langsam über viele Jahre auflädt und dieser Energie bei Erhitzung oder Belichtung als Licht – der sogenannten Lumineszenz – wieder abgibt. Sowohl der Zeitpunkt der Signalrückstellung als auch der dazu führende Prozess sind von Interesse bei der Datierung. Aus der Stärke des Lumineszenzsignals lässt sich ableiten, wieviel Energie in den Mineralen gespeichert war. Über die Bestimmung der Ladungsrate (der natürlichen radioaktiven Strahlung), lässt sich genau berechnen, wann die Mineralkörner zuletzt dem Tageslicht oder großer Hitze ausgesetzt waren. Was die Lumineszenzdatierung einmalig macht, ist der unmittelbare Bezug zum geowissenschaftlichen Prozess. So können etwa die Ablagerungsalter von Sedimenten und Gesteinen bestimmt oder auch Aktivitätszeiträume von Störungszonen eingegrenzt werden.