Öffentliche Vortragsreihe

Jeden Sommer seit 76 Jahren überqueren ca. 50 Studierende und Wissenschaftler das Gebirge im Südosten Alaskas im Rahmen des Juneau Icefield Research Programs. Die Reise beginnt in Juneau, Alaska, und endet nach 150 Kilometer in Atlin, British Columbia, und führt während sechs Wochen durch die wilden und abgelegenen Weiten der Gletscherwelt Alaskas.

Das Juneau Icefield ist eines der vielen stark vergletscherten Gebieten Alaskas am Rande des pazifischen Ozeans. Einige Gletscher sind bis 60 Kilometer lang, 5 Kilometer breit und über 800 Meter dick. Doch wie viele Gletscher weltweit erfährt auch das Juneau Icefield die direkten Folgen des Klimawandels: Die Gletscher schmelzen immer schneller und verlieren an Masse.

Eines der Ziele des Sommerprogramms ist es, diese Auswirkungen des Klimawandels auf das Icefield zu erforschen, zu messen und zu verstehen. Das Programm trainiert, lehrt und inspiriert eine zukünftige Generation an Forschenden in einem breiten Bereich der Erdwissenschaften. Doch anstatt auf der Leinwand im Klassenzimmer, befindet sich das Lehrobjekt direkt vor der Tür.

Andreas Henz, Student am Departement Erdwissenschaften der ETH Zürich und Mitarbeiter bei focusTerra, hat im Sommer 2022 an der Überquerung teilgenommen und berichtet von seinen Erfahrungen. Während des Vortrags erfahren Sie, was der Klimawandel für Folgen für das Eisfeld hat und wie z.B. Radarwellen uns wichtige Informationen über die Gletscherfliessgeschwindigkeiten geben. Ausserdem erfahren Sie, wie der regelmässige Weg zum WC-Häuschen für die Visualisierung des Gletschergeschwindigkeiten gebraucht werden kann, warum Crocs auf dem Eisfeld ein perfekter Begleiter sind und was es bedeutet, sich in einem Pingpongball zu befinden.

Auf und ab, hin und her – was bei schwachem Wellengang romantisch sein kann und einen an die Kindheitstage auf der Schaukel erinnert, kann bei Sturm schnell umschlagen: Die Beschleunigung in alle Richtungen macht seekrank – und lässt einen nichts anderes wünschen, als möglichst bald wieder festen Boden unter den Füssen zu haben.

Die Oberflächenwellen, die hier mit dem Innenohr ihr böses Spiel spielen, sind aber nur eine Form von Wellen, die im Meer vorkommen. So gibt es zum Beispiel planetare Wellen, die Wellenlängen von mehreren hundert Kilometern haben. Am bekanntesten sind diese Wellen im Zusammenhang mit El Niño und La Niña, deren Zusammenspiel im tropischen Pazifik von grösster Wichtigkeit für die Variabilität des weltweiten Klimas sind. Auch gibt es interne Wellen, die man an der Oberfläche gar nicht sieht, die aber zu grossen Auslenkungen innerhalb des Meeres führen und zum Beispiel sehr wichtig sind für die vertikale Durchmischung der Meere. Und dann gibt es die Tsunami-Wellen, die ausgehend von einem subozeanischen Erdbeben in rasendem Tempo um die Welt gehen, sich an Küsten turmhoch aufbauen und zu entsprechend riesigen Zerstörungen führen. Der Ozean ist also immer in Bewegung und Wellen sind zentral für das Verständnis dieser Bewegung.

Im Vortrag wird auf die verschiedenen Wellentypen eingegangen und aufgezeigt warum diese so wichtig und so faszinierend sind.

«Starke Erdbeben-Erschütterung in 9 Sekunden! Suchen Sie Deckung!»

Nachrichten wie diese erhalten Japaner und Kalifornier kurz vor dem Eintreffen von Erdbebenwellen auf ihrem Handy. Auch wenn Vorwarnzeiten grundsätzlich kurz sind, können Frühwarnsysteme Menschenleben retten und Schäden verringern, sofern die Bevölkerung gut informiert ist und weiss, was zu tun ist.

Erdbeben- oder seismische Wellen sind elastische Wellen, die sich durch die Erde und entlang der Erdoberfläche ausbreiten. Sie können mit Seismometern gemessen werden. Durch Bestimmung der Ankunftszeiten der seismischen Wellen an verschiedenen Seismometern können deren Laufzeiten und Geschwindigkeiten rekonstruiert und so Erdbeben lokalisiert werden. Erfolgt die Lokalisierung und Gefahrenabschätzung sehr schnell und vollautomatisch, beispielsweise basierend auf der schwächeren, aber schnelleren Kompressionswelle (P-Welle), können Menschen in einiger Entfernung vom Erdbebenherd vor dem Eintreffen der zerstörerischen Scherwellen (S-Welle) gewarnt werden.

Wussten Sie, dass auch die Schweiz an einem Frühwarnsystem forscht? In diesem Vortrag möchten wir Sie mit dem Prinzip der Erdbebenlokalisierung vertraut machen und über den aktuellen Stand der Erdbebenfrühwarnung informieren.

Die Existenz von Gravitationswellen wurde bereits im Jahr 1916 von Einstein im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie vorausgesagt. Jedoch wurden Gravitationswellen erst im Jahr 2015 zum ersten Mal mit erdgebundenen Detektoren direkt nachgewiesen.

Es gibt konkrete Pläne der ESA (European Space Agency), ein Gravitationswellen-Observatorium im Weltall zu platzieren: LISA (Laser Interferometer Space Antenna) besteht aus einer Anordnung von drei Raumsonden, die in Form eines nahezu gleichseitigen Dreiecks hinter der Erde entlang der Erdbahn um die Sonne kreisen.

Wegen der erheblichen Schwierigkeiten, die mit der Entwicklung von LISA verbunden sind, hat die ESA im Jahr 2000 beschlossen, LISA Pathfinder zu bauen mit dem Ziel, Teile der nötigen Technologien zum Nachweis von Gravitationswellen im Weltall zu erproben.

Die Gravitationswellen ermöglichen die Wahrnehmung einer Reihe von astrophysikalischen Objekten, insbesondere von schwarzen Löchern, die man sonst nicht erforschen könnte. Im Vortrag werden wir die Eigenschaften der Gravitationswellen sowie den aktuellen Stand der Forschung mit den erdgebundenen Gravitationswellen-Detektoren (LIGO/Virgo) erläutern. Wir werden auch auf die zukünftige LISA-Mission eingehen.

The precise and wireless controlled motion of microscopic 'microswimmers' opens up exciting new possibilities in medicine: they enable the targeted and precise delivery of drugs; forces can be transduced on specific cells or tissues; biopsies can be performed with them and they can be used in non-invasive surgery. Such microrobots are controlled by ultrasound, partly because its long wavelength allows it to penetrate deep into tissue.

New types of ultrasound-controlled microrobots are currently being developed that are designed to move against the flow in blood vessels and are capable of manoeuvring in complex environments. Should the microrobots succeed in moving upstream, downstream and also across the flow in human veins, targeted drug delivery would be possible even within the leaky vasculature of solid tumours and across the blood-brain barrier. In addition, the technology will bring advances in brain research, in the understanding of diseases and also in the development of appropriate treatments, among other things.

This talk will describe some of the ultrasound-based robotic systems currently being developed at the Acoustic Robotics Systems Lab (ARSL) and their future use in medicine.

Mehrere tausend Satelliten umkreisen die Erde und erheben kontinuierlich Daten über die Erdoberfläche, das Klima und deren Veränderungen. Die satellitengestützte Erdbeobachtung erlaubt uns, Prozesse und Veränderungen auf der Erdoberfläche zu beobachten und zu erkunden, ohne selbst vor Ort zu sein. Sensoren auf Satelliten, aber auch auf anderen Plattformen wie Flugzeugen oder Drohnen messen dabei das an der Erdoberfläche reflektierte Licht in Form von Wellen unterschiedlicher Wellenlänge, das entweder von der Sonne oder dem Sensor selber ausgesendet wurde.

Durch die stetig anwachsende Vielfalt an Erdbeobachtungsdaten und der Entwicklung immer leistungsstärkeren Computern können wir unsere Erde in immer grösserem Detail analysieren. Dies ermöglicht uns, neue Erkenntnisse über wichtige Prozesse des Systems Erde zu gewinnen, wie zum Beispiel über die Folgen des Klimawandels. Unsere Anwendungsbereiche liegen vor allem im Überwachen und Erforschen der Biodiversität und anderen natürlichen, aber vom Menschen beeinflussten Prozessen auf der Erde.

Könnten Sie sich vorstellen, blind durch eine fremde Stadt zu gehen? Wie unterscheidet sich diese Klangwelt von der Klangkulisse bei Ihnen zu Hause?

In diesem Vortrag möchten wir Ihnen das Prinzip der Wahrnehmungsschulung für blinde und sehbeeinträchtigte Menschen durch Schallwellen näherbringen. Je mehr Erfahrung ein Mensch mit Geräuschen hat, desto mehr Schallquellen kennt er und desto besser kann er den Schall identifizieren. Jeder Mensch kann viel mehr hören, als er sich bewusst ist. Wie kann ich mich anhand von Schall wieder neuorientieren, wenn ich desorientiert bin? Was bedeutet es, auch im Aussenraum relevante Geräusche zu identifizieren und für die Orientierung zu nutzen? Fledermäuse sind für uns ein Vorbild – auch wir nutzen die Echoortung.

Anhand von vielen praktischen Beispielen erhalten Sie einen Einblick in die Arbeit von SICHTBAR ZÜRICH, Fachbereich Orientierung + Mobilität. Gerne zeigen wir Ihnen auch z.B. einen Laserlangstock zur Hinderniserkennung, da ein Langstock allein nicht vor Hindernissen im Oberkörper- oder Gesichtsbereich schützt.  

Hochfrequente elektromagnetische Wellen, wie sie für die drahtlose Kommunikation genutzt werden, haben eine ähnliche Wellenlänge wie Schallwellen im hörbaren Frequenzbereich in der Luft. Das bedeutet, dass die beiden Arten von Wellen ein ähnliches Ausbreitungsverhalten in der Umwelt aufweisen. Was bedeutet dies für die Gesundheit?

Schallwellen sind wahrnehmbar und ungewollter Schall entfaltet eine Stresswirkung auf den Organismus. Eine zunehmende Zahl von epidemiologischen Studien hat in den letzten Jahren untersucht wie Lärm kurz- und langfristig das Risiko für stressbedingte Krankheiten wie Herz-/Kreislauferkrankungen, Diabetes oder Depression beeinflusst.

Im Gegensatz zu Schallwellen sind hochfrequente elektromagnetische Wellen unterhalb der Grenzwerte nicht wahrnehmbar. Dennoch gibt es Leute, welche eigene Gesundheitsprobleme auf diese Exposition zurückführen. Entsprechend wurde in experimentellen Humanstudien und epidemiologischen Studien solche und andere möglichen Gesundheitsauswirkungen umfassend untersucht.

Stellen Sie sich vor, Sie würden einen Tennisball gegen die Wand werfen, und plötzlich geht er durch – ohne ein Loch zu hinterlassen. Klingt vielleicht absurd, ist aber in der Quantenwelt durchaus möglich! Dieser seltsame Effekt, den man «Tunnel-Effekt» nennt, ist nur einer von vielen, der durch eine wellenartige Eigenschaft von Materie ermöglicht wird. Doch besteht Materie nicht eigentlich aus Teilchen (Elektronen, Atome, Moleküle, usw.)? Was stimmt nun – ist Materie eine Welle? Oder Teilchen? Die Quantenmechanik sagt: Beides!

Wir werden anhand des Beispiels von Licht die Geschichte der Quantenphysik anschauen und wie es dazu gekommen ist, dass Licht, Elektronen, usw. als Teilchen wie auch als Wellen beschrieben werden können. Dies nennen wir den Wellen-Teilchen-Dualismus. Wir werden auch einige Folgen dieses Konzepts anschauen, unter anderem den Tunnel-Effekt, sowie die Frage beantworten: Wieso verhält sich ein Tennisball nicht wie eine Welle?

Elastic waves characterise our dynamic world and daily life. While in some case elastic waves are a seen as nuisance (groundborne vibrations) or a source of destruction (seismic waves, tsunami) that must be avoided, elastic waves play a key role in human perceptions (sounds and vibrations) and to the realisation of many devices and technologies: musical instruments and loudspeaker to generate tones, transducers, diagnostical devices like echographers, sonars and other non-destructive imaging tools widely employed in applied science. Given their technological, economical and societal relevance, wave control continues being a hot topic in science.

In this presentation I will show how researchers are developing novel structures and materials with special properties making wave propagation controllable and better usable. Examples at different scales and applications will show how different fields are benefitting from these recent wave-control technologies – in particular in civil engineering, acoustics electromechanics and medical sciences.

Unser Gehirn besteht aus ungefähr 86 Milliarden Nervenzellen. Diese Nervenzellen sind sozusagen die kleinen Arbeiter des Gehirns. Aber wie schafft es das Gehirn, dass diese zusammenarbeiten? Wie beim Spielen eines Instrumentes generiert das Gehirn Wellen, schnelle und langsame. Diese Wellen haben unterschiedliche Funktionen und helfen den Nervenzellen, miteinander zu kommunizieren. Heute gibt es neue Methoden, mit welchen wir diese Wellen verändern können – mit der Hoffnung, unsere Gehirnfunktion zu verbessern, während dem Wachsein und im Schlaf.

In diesem Vortrag werden wir anschauen, wie solche Gehirnwellen entstehen, wie wir sie messen können und welche möglichen Funktionen diese Gehirnwellen haben. Zudem tauchen wir in die Welt der "Gehirnstimulation" ein und diskutieren das Potential solcher Methoden, um unsere Gesundheit und Leistung zu verbessern.

Neue Ansätze in der Physik und Akustik ermöglichen es, reale Objekte, die normalerweise Schall reflektieren, unhörbar zu machen – und umgekehrt hörbare Reflexionen an scheinbaren Objekten zu erzeugen. Das wirft die Frage auf: Kann man seinen Ohren noch trauen?

In diesem Vortrag werden wir die Wissenschaft hinter solchen Ansätzen sowie die Anforderungen und die zahlreichen möglichen Anwendungen erkunden. Wie Sie hören werden, steckt diese Technologie noch in den Kinderschuhen, ist aber wahrscheinlich schon weiter, als Sie vielleicht vermuten.

Seismische Wellen, die von Erdbeben ausgelöst werden, durchqueren über Tausende Kilometer die komplette Erdkugel und können von zahlreichen Messstationen auf der gesamten Erdoberfläche aufgezeichnet werden. Die Wellen durchleuchten dabei das Erdinnere und erlauben somit Rückschlüsse auf die Beschaffenheit und die Struktur des Erdmaterials. Hier hat sich die Methode der Wellenform-Inversion etabliert, die ähnlich der Magnetresonanz-Tomografie in der Medizin hochauflösende Bilder des Erdinneren erstellen kann.

Auf etwa einer Milliarde kleinerer Skala lassen sich die gleichen Methoden in neuartigen Verfahren für medizinischen Ultraschall anwenden, um zum Beispiel Brustkrebs frühzeitig und ohne Strahlenbelastung erkennen zu können.

Dieser Vortrag gibt einen Einblick in die spannende Welt der wellen-basierten Tomografie. Er zeigt die vielen Parallelen zwischen Erdbeben- und Ultraschallwellen auf und liefert Beispiele aus der Geophysik und Medizin, wie daraus dreidimensionale Modelle der Erde und von Körperteilen errechnet werden können.

Über Wellen müssen wir reden: Sie sind nicht nur etwas, was gemessen oder erfahren werden kann, sondern auch ein Phänomen, für das wir Wörter finden müssen. Doch was ist denn eigentlich eine Hitzewelle und was hat sie gemein mit einer Protest- oder Erfolgswelle? Warum gibt es Wörter, die eigentlich gar nicht "richtige" Wellen meinen, sondern metaphorische? Und sind diese Wellenwörter denn überhaupt "korrekt"? Überhaupt: Seit wann sprechen wir eigentlich von Wellen?

Ich möchte aus linguistischer Sicht auf Wellen blicken und dabei ein paar grundsätzliche Mechanismen, wie wir mit Sprache unsere Sicht auf die Welt formen, erklären. In einem zweiten Schritt zeige ich zudem, dass es auch im Sprachgebrauch wellenartige Phänomene gibt. Denn Sprache ändert sich laufend und bestimmte Wörter kommen und gehen und schwappen so manchmal wie Wellen an Land und verschwinden wieder. Einige Wellen sind dabei so stark, dass sie den Sprachgebrauch anhaltend verändern.