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Untersuchung der fennoskandischen Landhebung mit GRACE- und terrestrischen Daten

Untersuchung der fennoskandischen Landhebung mit GRACE- und terrestrischen Daten

Leaders:  Dr.-Ing. Heiner Denker, Dr.-Ing. Ludger Timmen
Year:  2007
Lifespan:  WiSe 2007 - SoSe 2008
Is Finished:  yes
Projektteilnehmer in der lokalen Presse.

Seit dem glazialen Maximum der letzten Eiszeit vor etwa 18.000 Jahren hebt sich in Fennoskandien (Dänemark, Norwegen, Schweden und Finnland) die Erdoberfläche kontinuierlich. Mit dem Abschmelzen der damals bis zwei Kilometer mächtigen Eislast hat ein lang anhaltender Aufwölbungsprozess des Baltischen Schildes begonnen. Das leichtere, feste Material der Erdrinde (Lithosphäre) schwimmt auf einer fließfähigen, dichteren Unterlage, der Asthenosphäre, und strebt ein Schwimmgleichgewicht (ähnlich einem Eisberg oder Schiff, Isostasie) an. Die maximale Hebung liegt gegenwärtig bei etwa einem Zentimeter pro Jahr im Bereich des Bottnischen Meerbusens; seit der Eiszeit ist hier das Land um circa 300 Meter angehoben worden. Damit sind aber auch Landsenkungen in den umliegenden Ländern verbunden, da aus dieser Peripherie Magma in Richtung Hebungszentrum abfließt. Zur Senkungszone gehört auch Deutschland mit Abwärtsbewegungen bis zu etwa 1.5 Millimetern pro Jahr.


Die mit der fennoskandischen Landhebung verbundenen Massenverlagerungen wirken sich in vielfältiger Weise auf nahezu alle terrestrischen und Satel-litenbeobachtungen aus und können wiederum aus diesen abgeleitet werden. Bei den terrestrischen Verfahren sind besonders das geometrische Nivellement, GNSS-Positionsbestimmungen, Meerespegelbeobachtungen sowie relative und absolute Schweremessungen zu nennen. Bei den Satellitenverfahren ist die seit 2002 andauernde Mission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) von besonderer Bedeutung. GRACE beobachtet neben dem statischen Erdschwerefeld auch großräumige zeitliche Variationen des Schwerefeldes bis zu einer räumlichen Auflösung von etwa 500 km. Ein wesentliches Problem ist dabei, dass die GRACE-Modelle den integralen Effekt aller Massenverlagerungen beschreiben, so dass zusätzliche Modelle und Filtertechniken bei der Analyse angewendet werden müssen. Während die GRACE-Analysen bisher erfolgreich hydrologische Effekte (verbunden mit jährlichen Geoidänderungen bis zu 10 mm) nachgewiesen haben, ist der säkulare Landhebungseffekt mit etwa 3 mm Geoid- bzw. 10 μGal Schwere-änderung über einen Zeitraum von 5 Jahren wesentlich geringer (und damit bisher an der Grenze der Nachweisbarkeit).


Im Rahmen des Projektseminars wurden zunächst die Grundlagen der ver-schiedenen Verfahren im Rahmen von Vorträgen erarbeitet. Die bisher vorhandenen Ergebnisse der verschiedenen Techniken wurden gesammelt und aufbereitet. Den Schwerpunkt des Projekts bildete die Analyse der GRACE-Lösungen. Nachdem zunächst verschiedene Monatslösungen sowie deren Differenzen angesehen wurden, war das Hauptziel schließlich die Nutzung aller bisher vorhandenen Monatslösungen (seit 2002) zur Analyse des fennoskandischen Landhebungssignals. Aus den GRACE-Monatslösungen wurden die säkularen
Trends abgeleitet und mit anderen Techniken verglichen. Hierfür entwickelten die Projektteilnehmer eine eigene Analysesoftware, die in der Programmiersprache C++ und teilweise auch in Matlab geschrieben wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass das Landhebungssignal aus den GRACE-Daten extrahiert werden kann. Außerdem konnte eine gute Übereinstimmung zwischen den GRACE-Resultaten und anderen Techniken festgestellt werden. Die durchgeführten Untersuchungen wurden in einem Abschlußkolloquium vorgestellt sowie in einem schriftlichen Bericht dokumentiert. 

Die Projektteilnehmer beteiligten sich auch an einer exemplarischen gravimetrischen Messkampagne zur Untersuchung der Landhebung in der Nähe von Onsala, Schweden. Hiervon nahm auch die lokale Presse Notiz. Der nachfolgende Zeitungsausschnitt zeigt die Projektteilnehmer, Betreuer sowie schwedischen Partner.