Physik des Erdsystems

Forschungsobjekt der physikalischen Erdwissenschaften ist das „System Erde“, seine in der Atmosphäre, im Ozean, in der Lithosphäre und auf der Erdoberfläche wie auch im tiefen Erdinneren ablaufenden physikalisch-chemischen Prozesse, seine natürlichen Ressourcen, Dynamik und Lebensräume. Das physikalische Verständnis der Dynamik des Systems Erde und des Wandels der Lebensräume auf allen Zeitskalen bildet die Grundlage für die Abschätzung zukünftiger Entwicklungen und für die Untersuchung anderer Planeten. Neben reiner Grundlagenforschung verfolgen die Erdwissenschaften auch angewandte Zielsetzungen. Die Erkundung und Gewinnung von Rohstoffen, die Nutzung der natürlichen Ressourcen, die Entsorgung von Zivilisationsabfällen, die Bestimmung des Ozeanzustands, die Wetter- und Klimavorhersage, die Sturmflut- und Seegangsvorhersage, die Sicherung der Umwelt sowie die Entwicklung neuer Materialien, wissenschaftlicher Geräte und Analysemethoden sind Beispiele für den Beitrag der physikalischen Erdwissenschaften für eine nachhaltige Entwicklung des Lebensraumes Erde.
Die Geophysik erforscht das Innere der Erde und den interplanetaren Raum in der Umgebung der Erde mit den Methoden der Physik. Sie trägt maßgeblich zum Konzept der globalen Plattentektonik bei, das sich mit dem Aufbau der Entwicklung der Lithosphäre, d.h. der festen äußeren Hülle unseres Planeten, befasst. Erdbeben, die Bildung von Ozeanbecken, Gebirgen und Vulkanen, aber auch das Schwerefeld, Magnetfeld und die thermischen Prozesse im Inneren der Erde sind zentrale Forschungsthemen der Geophysik. Für den Menschen ist die Kenntnis dieser geodynamischen Prozesse wichtig, weil sie einerseits mit Naturkatastrophen verbunden sind und Klima und Umwelt beeinflussen, aber andererseits auch für die Bildung von Rohstofflagerstätten und geothermischer Energie verantwortlich sind. Die Angewandte Geophysik als ein Arbeitsgebiet der Geophysik trägt mit ihrem breiten Spektrum physikalischer Messmethoden und tomographischer Abbildungstechniken entscheidend zur Exploration von Bodenschätzen und Grundwasser bei. Auch in der Umwelt- und Klimaforschung, in Geotechnik und Baugrunderkundung werden geophysikalische Messverfahren eingesetzt. Bei der Auswertung der Messdaten und der rechnerischen Simulation geodynamischer Prozesse wird modernste Computertechnologie angewendet.
Gegenstand der Meteorologie ist die Atmosphäre, d. h. die Lufthülle des Planeten Erde. Die Atmosphäre steht als ein im physikalischen Sinne offenes System mit anderen physikalischen Systemen (Weltraum, Sonne, Ozean, feste Erde) sowie mit den Systemen der lebendigen Welt in vielfältiger Wechselwirkung. Auch diese Wechselwirkungen sind heute Gegenstand der Meteorologie. Die Meteorologie lässt sich definieren als Wissenschaft, die mit Methoden der exakten Naturwissenschaften die Atmosphäre und ihre wechselseitigen Beziehungen zu anderen Systemen erforscht. Vorurteilslose Beobachtung des Naturgeschehens durch genaueste Messungen mit z. T. aufwendigen Apparaturen soll über theoretische Analysen gesetzmäßige Zusammenhänge aufdecken. Die unmittelbar oder im Versuch gewonnenen Ergebnisse dieser Messungen ermöglichen es, das Naturgeschehen auf zahlenmäßige Beziehungen und mathematisch formulierte Gesetzmäßigkeiten zurückzuführen. Die Beobachtungen werden unterstützt durch die Anwendung mathematischer Modelle, mit denen die physikalischen Prozesse simuliert werden.
Ein wesentlicher Bestandteil der Erforschung unseres Erdklimas liegt in der statistischen Analyse globaler langjähriger Datensätze, um Gesetzmäßigkeiten und die damit verbundene Vorhersagbarkeit im Klimasystem zu entdecken. Derartige Datensätze werden zunehmend von globalen satellitengetragenen Messungen gewonnen. Die Meteorologie erfordert daher auch Kenntnisse in Statistik und Fernerkundung. Schließlich werden auch die klassischen Felder der Wettervorhersage in Theorie und Praxis durchgenommen um die Grundlagen für eine professionelle Analyse des Wettersystems und deren Änderungen zu schaffen.
Die (physikalische) Ozeanographie, hat die Physik des Ozeans und seine Wechselwirkung mit der Atmosphäre und der marinen Biogeochemie zum Gegenstand. Ihr zentrales Ziel ist die Beschreibung und Erklärung der komplexen Bewegungsvorgänge im Ozean auf den unterschiedlichsten Raum- und Zeitskalen. Zu diesen Bewegungen gehören sowohl starke und beständige Strömungen, wie z. B. der Golfstrom, als auch zeitlich variable Wirbelfelder, die große Gebiete des Ozeans dominieren. Ein aktives Feld der Forschung ist auch die Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre. Beide Systeme treiben sich gegenseitig an in einer Art und Weise, die bis jetzt nur unzulänglich geklärt, aber von großer Wichtigkeit für das Verständnis der Variabilität des Klimas ist. Ein markantes Beispiel dafür ist das El Niño Phänomen, das sich durch eine Erwärmung des Oberflächenwassers im Pazifischen Ozean vor der Küste von Peru bemerkbar macht, aber auch große Auswirkungen auf verschieden Regionen der Welt hat, z. B. durch die mit ihm verbundenen Änderungen der lokalen Niederschlagsmengen und den damit einhergehenden Dürren oder Überschwemmungen. Ziel ist es, über ein verbessertes Verständnis der Rolle des Ozeans bei derartigen gekoppelten Klimaschwankungen im Bereich von Jahren bis zu Jahrzehnten auch eine verbesserte Vorhersage zu ermöglichen. Mittlerweile ist es zudem eine akzeptierte Tatsache, dass der Ozean eine Schlüsselrolle bei der durch den Menschen verursachten Klimaveränderung einnimmt. Wichtige Punkte hierbei sind die Aufnahme von Treibhausgasen aus der Atmosphäre mit der damit verbundenen Rückkopplung auf die globale Erwärmung sowie der Anstieg des Meeresspiegels. Die Vielzahl der Einflussfaktoren auf das Klima von Atmosphäre und Ozean erfordert eine konsequente interdisziplinäre Zusammenarbeit der verschiedenen Wissenschaften. Deshalb basiert insbesondere die Untersuchung des Ozeanklimas und der damit zusammenhängenden Phänomene oft auf einer Kombination ozeanographischer, meteorologischer und biogeochemischer Beobachtungsprogramme. Diese stehen in enger Wechselbeziehung zu verschiedenen Computermodellen, welche sowohl eine realistische Simulation von Bewegungsstrukturen und -schwankungen und eine Erkennung unterschiedlicher Bewegungsregimes, als auch eine Identifizierung möglicher Szenarien der auch durch anthropogenen Einfluss resultierenden Klimaentwicklung erlauben. Eine zunehmend wichtige Rolle spielen auch die Schelfmeere, die dem besonderen Einfluss menschlicher Aktivität unterliegen, und ihre Wechselwirkung mit dem offenen Ozean. Auch hier ist interdisziplinärer Forschungsansatz gefragt.
Da die Phänomene weitgehend mit den Methoden der Physik untersucht werden, beinhaltet der Studiengang Physik des Erdsytems erhebliche Teile des Physikstudiums. Bei der Planung und Durchführung theoretischer Modellstudien als auch bei der Analyse und Interpretation gewonnener Beobachtungsdaten sind zudem mathematische Methoden unerlässliche Hilfsmittel. Deshalb nimmt die Mathematikausbildung ebenfalls einen breiten Raum ein.
Der Bachelorstudiengang hat auch praxisorientierte Elemente. Es werden die erfolgreiche Teilnahme an verschiedenen Feld-, See- und Laborpraktika sowie Programmierübungen und Einweisungen in unterschiedliche Anwenderprogramme erwartet.

Besonderes Profil

Die Studierenden der Physik des Erdsystems: Meteorologie – Ozeanographie – Geophysik erlernen die physikalischen Grundlagen aller erdwissenschaftlichen Fachrichtungen, eine leichte Spezialisierung erfolgt erst im letzten Drittel des Studiums. Die daraus resultierende breite Ausbildung eröffnet den Absolventen bessere Perspektiven für die berufliche Zukunft und verbesserte Wahlmöglichkeiten für ein sich eventuell anschließendes Master-Studium.
Der Bachelorstudiengang beinhaltet auch praxisorientierte Elemente. So wird die erfolgreiche Teilnahme an verschiedenen Feld-, See- und Laborpraktika sowie Programmierübungen und Einweisungen in unterschiedliche Anwenderprogramme erwartet.

Mögliche Berufe und Tätigkeitsfelder

Absolventinnen und Absolventen finden Beschäftigungsmöglichkeiten in Bundes-, Landes- und Kommunalbehörden, je nach gewähltem Schwerpunkt z.B. bei der Bundesanstalt für Geowissenschaften, dem Deutschen Wetterdienst, dem Geophysikalischen Beratungsdienst der Bundeswehr oder dem Bundesamt für Seeschifffahrt. Weitere Beschäftigungsmöglichkeiten gibt es in der Industrie und Wirtschaft (Grundstoffindustrie, private Wetterdienste), in Großforschungseinrichtungen, in Umweltschutzeinrichtungen oder Ingenieurbüros.Der Bachelorabschluss eröffnet die Möglichkeit zum Masterstudium, vorwiegend physikalisch ausgerichteter Fächer.
Nachbar- und Hilfswissenschaften
Mathematik, Physik, Geodäsie, Geologie, Mineralogie, Petrographie, Chemie, Informatik.
Schulische Vorbildung
Grundsätzlich allgemeine Hochschulreife, fachgebundene Hochschulreife.
Sonstige Kenntnisse und Praktika

• gute Kenntnisse der englischen Sprache
• sehr gute mathematische und physikalische Schulkenntnisse
• während des Studiums Teilnahme an einem mindestens dreiwöchigen Berufspraktikum

Persönliche Neigungen
Begabung für mathematisch-abstrakte Denkweise, Aufgeschlossenheit für das Naturgeschehen, sowie technische Interessen und Computerkenntnisse sind wünschenswert.
Aufbau des Studiums
In den ersten beiden Semestern werden Module zu mathematischen und physikalischen Grundlagen im Umfang von 44 Leistungspunkten (LP) sowie Module zur Einführung in die Fächer Geophysik, Meteorologie und Physikalische Ozeanographie (insgesamt 16 LP) angeboten. Im dritten Semester sind zwei anspruchsvollere Module (insgesamt 16 LP) aus dem Grundlagenbereich angesiedelt. Dieser beinhaltet vom vierten bis zum sechsten Semester noch drei Module des Physikalischen Praktikums (insgesamt 15 LP). Die fachspezifischen Grundlagen werden im dritten und vierten Semester mit zwei angewandten Modulen (insgesamt 14 LP) abgeschlossen, die Kenntnisse in Programmierung, Visualisierung und Durchführung von Labor- und Feldexperimenten vermitteln. Die bis hier genannten Module gehören zum Pflichtbereich des Studiums.
Vom dritten bis zum fünften Semester erstreckt sich der Vertiefungsbereich, der Module in den Fächern Geophysik, Meteorologie und Physikalische Ozeanographie mit insgesamt 24 LP pro Fach anbietet. Die Studierenden müssen mindestens zwei Fächer vollständig belegen, sodass hier eine erste Spezialisierung stattfindet.

Weitere 19 LP können durch übergreifende Inhalte oder themenverwandte Wahlfächer abgedeckt werden. Das mindestens dreiwöchige Berufspraktikum wird im sechsten Semester vermittelt und kann auch die Teilnahme an nationalen oder internationalen Forschungsexpeditionen beinhalten. Die Bachelorarbeit als finale Spezialisierung ist thematisch in einem der drei genannten Fächer angesiedelt.
Für das Ein-Fach-Bachelorstudium ergibt sich somit ein Gesamtumfang von 180 LP inklusive der Teilnahme an einem Berufspraktikum und der Anfertigung einer Bachelorarbeit.

Durch das Studium sollen die Studierenden die Voraussetzungen erlangen, sich insbesondere mit dem Stand der Wissenschaft und den Methoden in wichtigen Teilgebieten vertraut zu machen, Zusammenhänge des Faches zu erkennen und zu lernen, und die Methoden und Erkenntnisse selbstständig anzuwenden. Durch die Vertiefung der fachspezifischen Grundlagen und die Wahl der übergreifenden Inhalte erfolgt eine stärkere Spezialisierung in den gewählten Schwerpunkten.

Durch die Modulprüfung wird festgestellt, ob die Studierenden die Lernziele eines Moduls erreicht haben. Die Modulprüfungen finden studienbegleitend statt und können aus einer oder mehreren Prüfungsleistungen bestehen. Die Art und Zahl der zu erbringenden Prüfungsleistungen richten sich nach der Fachprüfungsordnung.

Die Bachelorprüfung ist bestanden, wenn alle nach der Fachprüfungsordnung erforderlichen Modulprüfungen und die Bachelorarbeit bestanden und damit die erforderliche Anzahl von Leistungspunkten erworben wurde.

Die Regelstudienzeit für den Ein-Fach-Bachelorstudiengang Physik des Erdsystems: Meteorologie – Ozeanographie – Geophysik beträgt 6 Semester. Die tatsächliche Studiendauer kann sich unter bestimmten Umständen, z. B. durch den studienbegleitenden Erwerb fehlender mathematisch-naturwissenschaftlicher Kenntnisse oder sonstiger Besonderheiten, verlängern.
Der Studienbeginn ist nur zum Wintersemester möglich.
Bewerbungsfrist zum Wintersemester 1. Juni bis 15. Juli