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Geologie und virtueller Raum

Thomas PAYER und Sabine GRUPE

Zusammenfassung

Die Stadt Wien lässt für das gesamte Stadtgebiet ein hydrogeologisches Modell erstellen. Mit dieser Aufgabe ist das Technische Büro für Geologie der WGM –Wiener Gewäs-ser Management Gesellschaft mbH – betraut. Es werden die 55.000 Bohrprofile aus dem Baugrundkataster der Stadt Wien unter einheitlichen geologischen Standards analysiert und interpretiert. Jährlich wird ein anderes Teilgebiet der Stadt untersucht. So entsteht ein digi-tales 3D-Modell der Untergrund- und Grundwassersituation des gesamten Wiener Stadtge-bietes.

Wien liegt geologisch betrachtet am Westrand des Wiener Beckens und das 2010 bearbeite-te Teilgebiet, Unterlaa am Südrand von Wien, auf dem Leopoldsdorfer Bruchsystem. Durch die dort vorhandenen tektonischen Abschiebungen liegt die östliche Beckenbasis um bis zu 5.000 m abgesenkt vor.

Um die komplexen, räumlichen Verhältnisse synoptisch darstellen zu können, wurde ein 3D-Modell des tieferen Untergrundes erstellt und mit Blick auf die Land-Art Kunst ästheti-siert und animiert. Für die räumliche Auswertung und Darstellung wurde GIS-Software verwendet (ArcInfo), für die nachträgliche Videobearbeitung der Windows Movie Maker.

1 Motivation

Im Zuge der Interpretation der Bohrprofile unter genetischen Gesichtspunkten werden die einzelnen Schichten räumlich mit Geo-Information-Systemen (GIS) bearbeitet. Neben der klassischen Plandarstellung wird die räumliche Darstellung am Bildschirm verwendet, um einerseits die Interpolationsergebnisse visuell rasch überprüfen zu können, aber auch um andererseits die räumlichen Bezüge synoptisch darzustellen und in ihrer Gesamtheit besser verstehen zu können. So können auch komplexere, geologische Verhältnisse einem breiten Publikum verständlich gemacht werden. Neben dem Sprichwort „ein Bild sagt mehr als 1.000 Worte“ kann für eine 3D-Visualisierung behauptet werden: „Eine Animation sagt mehr als 1.000 Bilder“. Die Visualisierung des Leopoldsdorfer Bruchsystems bietet die Gelegenheit virtuell in größere Tiefen unter das Stadtgebiet vorzudringen. Die hydrogeolo-gische Wirksamkeit des Bruchsystems ist für die Stadt Wien von besonderer Bedeutung, da westlich des Bruches Thermalwasser für die Therme Oberlaa wirtschaftlich genutzt wird.

Anlass für die Ästhetisierung dieser geologischen Ergebnisse war ein Symposium an der Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Kunst: „Hallo Irrgast“ (BOKU, Okt. 2010, Wien), bei dem Ausnahmegäste in Wissenschaft, Kunst und Gesellschaft unter dem Motto „Wis-senschaft und Kunst beflügeln einander. Dazu müssen sie gelegentlich (ent)gegenfliegen, ihr angestammtes Gebiet verlassen oder zumindest die Grenzen aufmachen“ vortrugen.

Strobl, J., Blaschke, T. & Griesebner, G. (Hrsg.) (2011): Angewandte Geoinformatik 2011. © Herbert Wichmann Verlag, VDE VERLAG GMBH, Berlin/Offenbach. ISBN 978-3-87907-508-9. Dieser Beitrag ist ein Open-Access-Beitrag, der unter den Bedingungen und unter den Auflagen der Creative Commons Attribution Lizenz verteilt wird (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/).

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2 Das Leopoldsdorfer Bruchsystem im Süden von Wien

Das NNO-SSW streichende Leopoldsdorfer Bruchsystem hängt mit der Entstehung des Wiener Beckens als Zerrungsbecken (Pull Apart) zusammen. Es streicht von Süden kom-mend (Bereich Ebreichsdorf in Niederösterreich) bei Unterlaa in das Wiener Stadtgebiet ein. Am Südrand Wiens trennt es eine Hochscholle im Westen (die Leopoldsdorfer Platte) von einer Tiefscholle im Osten (die Schwechat Mulde). Die Störungsflächen versetzen miozäne Sedimente treppenartig und verkippen sie. Als Leopoldsdorfer Bruch wird in die-ser Bearbeitung die Bruchfläche bezeichnet, die Unterpannon gegen Oberpannon versetzt (siehe Abb. 1). Die Beckenbasis der Hochscholle liegt ca. 370 m, die der Tiefscholle ca. 5.400 m unter Gelände.

Abb. 1: Ein West-Ost-Längenschnitt durch Wien zeigt den Wechsel von der Hochscholle

im Westen über das Leopoldsdorfer Bruchsystem zur Schwachat Mulde im Os-ten. (10-fach überhöht; modifiziert nach MA 45 (2001): Schutz von Tiefen-grundwässern in Wien; Büro NOWY und Gruppe Wasser i. A. der MA 45).

Die Störungsflächen des Bruchsystems konnten durch die WGM oberflächennah durch die Auswertung von Bohrungen sowie von an die Universität Wien in Auftrag gegebenen Geo-elektrikprofilen verifiziert werden. Der Leopoldsdorfer Bruch manifestiert sich als mit quartärem Denudationsmaterial aufgefüllte morphologische Senke auf der Miozänoberflä-che. Weiters liegt mit Einsetzen des Bruchsystems rezenter Bachschotter abgesenkt vor. Beides sind starke Hinweise für rezent aktive Tektonik, die vermutlich als rezent aseismi-sches Kriechen zu bewerten sind. Vier Brüche konnten als bis in den oberflächennahen Bereich wirksam eingestuft werden.

Neben den oberflächennahen Aufschlüssen lagen der WGM-Kenntnisse über den tiefen Untergrund durch insgesamt 60 Bohrungen mit genügender Tiefe (davon 21 Tiefbohrungen der OMV AG bis zu 2.800 m Tiefe) und Seismikprofile der OMV AG vor.

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Zur Modellerstellung wurden die oberflächennahen Ausbisslinien und die punktuellen Informationen der OMV-Tiefbohrungen räumlich ausgewertet und die Schicht- und Stö-rungsflächen in Zusammenschau aller vorliegenden Daten als TIN1 erstellt (siehe Abb. 2).

Abb. 2: Links: die modellierten Schichtflächen (hell) und Bruchflächen (dunkel) in Zu-

sammenschau mit den Seismik-Profilen SV8602L und SV 8701; rechts: Verlauf einer Bruchfläche im Vergleich mit einem Geoelektrikprofil.

3 Land Art von Robert Smithson

Robert Smithson (1938-1973) war ein amerikanischer Land Art Künstler, der sich stark von den Geowissenschaften inspirieren ließ. Die Land Art entstand in den sechziger Jahren in den USA. Künstler und Künstlerinnen gestalteten natürlichen aber auch industriell verän-derten Landschaftsraum und machten ihn zu künstlerischem Gestaltungsmaterial.

Das Hauptwerk von Robert Smithson ist „Spiral Jetty“. Diese 1970 im Great Salt Lake in Utha aus Steinen und Erde geschüttete Spirale gilt als Ikone der Land Art Kunst. Die immer noch existierende Spiral Jetty ist ca. 450 m lang und 4,5 m breit, das Erdmaterial von roten Algen und Salzkristallen überzogen. Die Spiralform rekurriert auf schraubenförmige Git-terversetzungen von Salzkristallen. Das Kunstwerk besteht aus einem flachen Damm, der vom Ufer des Sees ausgeht und sich dann im Gegenuhrzeigersinn zu einer Spirale zusam-menrollt. Smithson konstruierte das Objekt bei extrem niedrigem Wasserstand, normaler-weise ist sie überflutet und nur aus dem Flugzeug sichtbar (Abb. 1, Mitte).

Smithson setzte sich in seinen Schriften mit der Beziehung zwischen Kunstwerk und Um-feld auseinander. Er entwickelte eine Theorie über „sites“ und „nonsites“. „Site“ ist der reale Ort in der Landschaft, während „nonsite“ die Abstraktion des realen Ortes an einem beliebigen Ort ist, zum Beispiel in einer Galerie oder einem Museum. Beispiel einer „site“ ist die Spiral Jetty, während „nonsites“ aus Fotografien bestehen können, die in einer Gale-

1 Triangulated Irregular Network – Unregelmäßiges Dreiecksnetz. Dabei werden Flächen in der Art aufgebaut, dass aus jeweils drei benachbarten Punkten dreieckige Teilflächen gebildet werden.

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rie ausgestellt werden und in deren unmittelbaren Nachbarschaft sich Dinge oder Elemente befinden, die von dem fotografierten Ort stammen, wie zum Beispiel Steine, Muscheln oder Sand. Aus Elementen seiner Kunstorte in der Landschaft (sites) konstruierte er auf diese Weise Objekte in Galerien (nonsites).

4 Geologie und virtueller Raum

Geowissenschaftlich inspirierte Kunst wurde von der WGM herangezogen um geowissen-schaftliche Ergebnisse zu ästhetisieren. Angelehnt an „Spiral Jetty“ von Robert Smithson dreht sich eine Spirale in das geologische Modell von Unterlaa. Der Blick führt entlang einer 14,5 km langen, dreidimensionalen Spirale 2.500 m tief in den Untergrund.

Dabei spiegelt sich Smithsons Dialektik der „site“ und „nonsite“ wider: Die reale „site“ Unterlaa liegt im Süden Wiens, die „nonsite“ in Form der virtuellen Reise am Bildschirm. Überträgt man die reale „site“ Unterlaa in den virtuellen Raum und definiert sie in Form des kartografischen Bezuges (Orthofoto und digitales Geländemodell), so erstreckt sich die „nonsite“ im Modell durch die Projektion der „site“ auf die Spirale in den Untergrund. Die Abbildung realer Objekte (Häuser, Straßen, Felder) auf der Spirale ermöglicht einen räum-lichen Bezug zwischen Orten an der Oberfläche und geologischen Strukturen im Unter-grund (Abb. 3, rechts).

Abb. 3: Links: Teilsegmente der Spirale; Mitte: Spiral Jetty (SMITHSON 1970; Bild: So-ren HARWARD 2005); Rechts: Virtuelle „Spiral“ in das Leopoldsdorfer Bruchsys-tem.

5 Geometrische Umsetzung und Visualisierung

Die rechtsdrehende, symmetrische Spirale mit vier Umdrehungen wurde mit einem Grafik-programm erstellt, anschließend auf die Lage des geologischen Modells georeferenziert und der Linienzug als 3D-Polylinie in ArcMap umgesetzt. Analog wurde der innere Spiralum-lauf erzeugt. Anschließend sind die 3D-Polylinien in 180° umfassende Segmente gesplittet sowie die einzelnen Teilabschnitte in ein TIN flächig umgewandelt worden. Die segment-weise Umwandlung der Spiralabschnitte ist notwendig, da ArcInfo nur eine 2.5-dimensionale Bearbeitung zulässt, und bei der Umwandlung in TIN-Flächen statt einer Dreiecksbildung von der äußeren zur inneren Spirale eine kegelhafte Flächenbildung der Umhüllenden stattfand. Die Spirale setzt sich aus insgesamt neun aneinander anschließen-den Teilsegmenten zusammen (Abb. 3, links), die sich durch die geologischen Modelldaten

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(Schicht- und Störungsflächen) windet (Abb. 3, rechts). Die Visualisierung wurde mit Arc-Scene und ArcGlobe aus drei aufeinander abgestimmten Szenen erstellt:

1. Ein Flug entlang der Spirale in den Untergrund gefolgt vom geologischen Schichtauf-bau

2. Ein Flug durch das gesamte Wiener Becken 3. Ein Flug in den Weltraum mit Sicht auf den Erdglobus

Um die einzelnen Orthofotos, Spiralsegmente, Störungen, Schichten, Bohrungen, Gebäude, Straßen und einen Gewässerverlauf individuell ein und ausblenden zu können, wurden insgesamt 76 Layer verwendet. Zusätzlich ist zum Größenvergleich das gesamte Wiener Becken (von Gloggnitz im Südwesten bis Uherske Hradiste in Tschechien im Nordosten)

auf Grundlage einer geologischen Strukturkarte der Beckenbasis (GEOLOGISCHE

BUNDESANSTALT 1993) für Szene zwei in ein Modell überführt und ein digitales Höhen-modell (SRTM-Szene) so angepasst worden, dass ein „Einblick“ und Durchflug in und durch das Wiener Becken möglich ist. Die Darstellung der SRTM-Szene mit einer Ausdeh-nung von rund 600 x 400 km bietet die Möglichkeit eines Größenvergleiches beim Flug in das Weltall und der Globendarstellung der Erde (Szene drei).

Abb. 4: Bildausschnitt aus der Animation „Das Leopoldsdorfer Bruchsystem am Südrand von Wien“ (WGM, 2010).

„Mein Blick schwankte, der Magen drehte sich, ich stand auf einem geologischen Bruch, der in mir rumorte.“2

2 Aus: Robert Smithson: The Spiral Jetty.

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Literatur

BOKU (2010): Symposium „Hallo Irrgast“, Okt. 2010: http://www.taste.at/halloirrgast/. DECKER, K., HINSCH, R. & PERESSON, H. (2004): Active tectonics and Quaternary basin

formation along the Vienna Basin Transformation fault. Quaternary Science Reviews 2004.

GEOLOGISCHE BUNDESANSTALT (1993): Wiener Becken und angrenzende Gebiete. Struk-turkarte – Basis der tertiären Beckenfüllung, 1:200.000. Autoren: KRÖLL, A. und WESSELY, G.

HINSCH, R., DECKER, K. & WAGREICH, M. (2005): A short review of environmental Tectonics of the Vienna Basin and the Rhine Graben area. ÖGS, Austrian Journal of Earh Sciences, an International Journal of the Austrian Geological Society ÖGS, 97.

HOBBS, R. (1982): Robert Smithson – A Retrospective View. Katalog des Wilhelm Lehm-bruck Museums Duisburg.Verlag Walther König, Köln.

JANK, M., GRUPE, S. & PAYER, T. (2011): Das Leopoldsdorfer Bruchsystem am Südrand von Wien. Wissenschaftsbericht 2010 der Stadt Wien. http://www.wien.gv.at/kultur/abteilung/pdf/wissenschaftsbericht2010.pdf.

MA 45 (2001): Schutz von Tiefengrundwässern in Wien. Grundlagen für eine wasserwirt-schaftliche Rahmenverfügung; Büro NOWY und Gruppe Wasser i. A. der MA 45 (un-veröffentlicht).

SCHMIDT, E. & VÖCKLER, K. (Hrsg) (2000): Robert Smithson: Filme, Texte, Zeichnun-gen (anlässlich der Ausstellung in der Kunsthalle Wien, Nov. 2000 bis Feb. 2001). Verlag Walther König, Köln.

SMITHSON, R. (192): The Spiral Jetty. In: KEPES, G. (Ed.): Arts of the Environment. New York.

SPIRAL JETTY auf Google maps (April 2011). http://maps.google.com/maps?f=q&source=s_q&hl=de&geocode=&q=41.43,-112.67&aq=&sll=41.43,-112.67&sspn=0.0062,0.0096&ie=UTF8&t=k&ll=41.437949,-112.66826&spn=0.006209,0.009645&z=17.

SRTM (USGS): http://dds.cr.usgs.gov/srtm/version2_1/SRTM3/. WESSELY, G. (1983): Zur Geologie und Hydrodynamik im südlichen Wiener Becken und

seiner Randzone. Mitt. Österr. Geol. Ges., 76, S. 27-68. Wien. WESSELY, G. (1993): Der Untergrund des Wiener Beckens. In: BRIX, F. & SCHULZ, O.

(Hrsg.): Erdöl und Erdgas in Österreich. Verlag Nat. Hist. Museum Wien und F. Berger, Horn, S. 249-280.

WESSELY, G.: (2006): Niederösterreich. Geologie der österreichischen Bundesländer. Geol. B.–A, Wien.

WGM (2010): Das Leopoldsdorfer Bruchsystem am Südrand von Wien. Animation unter http://www.wgm.wien.at/Animation.56.0.html.