To „B“ or not to „B”? – Quantenmagnetometer für die Mineralexploration

Bis in die 2000er Jahre lagen die meisten Entdeckungen von Bodenschätzen an oder nahe zur Erdoberfläche. Aber in den letzten Jahren ist eine erhebliche Nachfrage nach größeren Erkundungstiefen zu beobachten und das parallel zur Durchführung schneller, kosten- und zeiteffizienter sowie umweltfreundlicher Erkundungsprogramme für Rohstoffe. Ebenso ändert sich der Charakter der Lagerstätten zunehmend hin zu Gebieten mit rauen klimatischen Bedingungen oder mit anspruchsvoller Topographie oder eingeschränktem Zugang (Sümpfe etc.) erfolgen.

Um diesen Anforderungen gleichzeitig gerecht zu werden, sind magnetische und elektromagnetische (EM) Methoden (ebenso in der Gravimetrie) unter Verwendung von Quantensensoren mit extremer Magnetfeldempfindlichkeit und Auflösung für zukünftige Explorationsszenarien notwendig.

Zunächst wird ein Überblick über den Stand der Technik zu konventionellen Magnetfeldsensoren (=Magnetometern) gegeben und anschließend zur Realisierung von Quantenmagnetometern. Anschließend werden Supraleitende Quanteninterferenz-Detektoren (SQUID) als Quantenmagnetometer eingeführt sowie SQUID-basierte Instrumente und damit verbundene Demonstrationen und Fallstudien vorgestellt. Ein flugzeuggestütztes Vektor-Magnetometer mit ultraniedrigem Rauschen von <10 fT⁄√Hz und extremen Dynamikbereich von >32 Bit wird gezeigt, welches parallel zur magnetischer auch EM-Methoden wie die passive Audiofrequenzmagnetik oder semi-airborne Methoden mit aktiven Sendern ermöglicht. Zudem wird ein Flugzeug-gestütztes Volltensor-Gradiometer wie auch ein langjährig etabliertes bodengestütztes Instrument für die transiente EM-Methode diskutiert, welche bereits in einer Reihe kommerzieller Fallstudien eingesetzt wurden.