Der Schwerpunkt unserer Forschung in Sektion 4.5 liegt auf geodynamischen Prozessen in Sedimentbecken und Orogenen in verschiedenen plattentektonischen Umgebungen heute und über geologische Zeiträume. Dazu integrieren wir geowissenschaftliche Beobachtungen und physikbasierte Simulationen in digitale Zwillinge des geologischen Untergrunds, die die geologisch bedingte Variation physikalischer Eigenschaften und die im Untergrund ablaufenden gekoppelten Prozesse vorhersagen.

Voraussetzung dafür sind zwei wichtige Arbeitsschritte: Einerseits müssen multidisziplinäre geowissenschaftliche Beobachtungen in konsistente dreidimensionale Modelle integriert werden, die die heterogenen Eigenschaften im Untergrund abbilden. Andererseits müssen Simulationswerkzeuge entwickelt werden, die die im Untergrund ablaufenden physikalischen Prozesse numerisch beschreiben.

Es ist diese Verknüpfung von Beobachtungen mit Simulationstechniken die den digitalen Zwilling ausmacht und uns erlaubt „Was-wenn-Szenarien“ für den geologischen Untergrunds zu testen. So können wir z.B. Vorhersagen dazu ableiten, wie warm es wo und warum in welcher Tiefe ist und was sich ändern würde, wenn wir eine Geothermie Anlage betreiben. Andere angewandte wissenschaftliche Themen, die so untersucht werden können, sind die sichere und nachhaltige die Speicherung von Energie oder Stoffen im Untergrund oder die nachhaltige Nutzung von Grundwasser. Gleichzeitig eigenen sich dieselben Ansätze auch, um natürliche Prozesse, die den Untergrund über lange Zeiträume verändern, zu untersuchen und so geodynamische Fragestellungen wie die Deformation der Lithosphäre zu analysieren.

Fragen, denen wir nachgehen, sind zum Beispiel:

• Wie kann der geologische Untergrund nachhaltig und sicher genutzt werden, wie zum Beispiel zur Erschließung des geothermischen Potentials von Großstädten?
• Wie würden sich Oberflächenprozesse wie z. B. die globale Erwärmung oder eine Vergletscherung auf den Untergrund oder die Grundwasserverhältnisse auswirken?
• Was steuert die Deformation  des Untergrunds auf verschiedenen Skalen? Welche internen und externen Kräfte steuern kurzzeitige Deformation wie Erdbeben oder langzeitige Prozesse wie Sedimentbeckenbildung?
• Warum und wie brechen Kontinente entzwei und welche Strukturen bilden sich an den Rändern der entstehenden Ozeane wie z.B. an den passiven Kontinentalrändern des Atlantiks?
• Was charakterisiert Gebirgsbildung und die dazugehörigen Vorlandbecken wie z. B. in den Alpen und den argentinischen Anden.?
• Welche Struktur hat z.B. das intrakontinentale Norddeutsche Becken heute und wie sind Temperatur und Druck in seinem Inneren verteilt?