Annette EickerAPMG 1 1 19.01.2014 Annette Eicker 22. Dezember 2011 Das dynamische System Erde.

Annette Eicker APMG 1

11.04.23

Annette Eicker22. Dezember 2011

Das dynamische System Erde

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Geodäsie – Die Vermessung der Erde

NASANASA

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Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Orientierung der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie

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Geometrieder Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie - Schwerefeld

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Geometrieder Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie - Geometrie

Raumverfahren: GPS, VLBI, SLR, LLR, DORISRaumverfahren: GPS, VLBI, SLR, LLR, DORIS

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Geometrieder Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie - Erdrotation

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Geometrieder Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie – Messung mit GPS

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Geometrieder Erde

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Geometrieder Erde

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Drehmomente von Sonne und Mond

http://www.greier-greiner.at/hc/navi.htm

Beeinflussen die Erdrotation

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Gezeitenkraft von Sonne und Mond

Verändern die Figur der Erde und das Schwerefeld

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Gezeiten der festen Erde

Sonne , MondDeformation: bis 50 cm

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Gezeiten der festen Erde

GeometrieGeometrie SchwerefeldSchwerefeld

1. Gravitation Sonne, Mond

2. Änderung der Lage

3. Massen- verlagerung der Erde

Änderungder Lage

(vertikal und horizontal)

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Ozeangezeiten

Sonne , MondWasserhöhe: 50 cmGeoid: 5 cm

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Ozeanströmungen

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Auflasten

Kruste Ozean

MantelMantel

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Auflasten

Kruste Ozean

MantelMantel

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Auflasten

Kruste Ozean

MantelMantel

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Auflasten

Kruste Ozean

MantelMantel

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Drehimpuls

Relative Drehimpulse=> (Euler-Liouville-Gleichung)

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Variationen der Atmosphäre

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

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Zeitliche Änderungen des Geoids

ITG-Grace03

Schon abgezogen: Gezeiten (Ozean, feste Erde….), Atmosphäre, Ozeanvariationen

Trend und Amplitude

Jährliche Amplitude

[kg/m²]

Jährlicher Trend

[kg/m²/a]

Jährlicher Trend

[kg/m²/a]

[kg/m²]

Hydrologisches Signal (GRACE)

Orinoco

Amazonas

1gt = 1km³ Wasser!

20072006200520042003

Äquator

[kg/m²/a]

Trend 08/2002 bis 04/2007

Glazial-isostatischer Ausgleich (GIA)

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MantelMantel

Kruste

MantelMantel

Kruste

MantelMantel

Kruste

MantelMantel

Kruste

GIA global

[ mm geoidheight / year]

Klemann und Martinec (2009)

Trend 08/2002 bis 04/2007

[kg/m²/a]

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Grönland

Massenverlust in Grönland beobachtet mit GRACEMassenverlust in Grönland beobachtet mit GRACE

(Masterarbeit Laura Jensen, 2010)

Massenverlust: 216,7 Gt/Jahr

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MantelMantel

Kruste

GeoidGeoid

Meeresboden

MohoMoho

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MantelMantel

Kruste

- Das Eis schmilzt- Das Eis schmilzt

GeoidGeoid

Meeresboden

MohoMoho

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MantelMantel

Kruste

- Das Eis schmilzt- Das Land hebt sich

GeoidGeoid

Meeresboden

MohoMoho

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MantelMantel

Kruste

- Das Eis schmilzt- Das Land hebt sich- Das Geoid ändert sich

GeoidGeoid

Meeresboden

MohoMoho

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MantelMantel

Kruste

- Das Eis schmilzt- Das Land hebt sich- Das Geoid ändert sich- Der Meeresspiegel steigt

Meeresboden

MohoMoho

GeoidGeoid

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MantelMantel

Kruste

- Das Eis schmilzt- Das Land hebt sich- Das Geoid ändert sich- Der Meeresspiegel steigt- Auflast ändert den

Meeresboden

MohoMoho

GeoidGeoid

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MantelMantel

Kruste

Meeresboden- Das Geoid ändert sich

Meeresboden

MohoMoho

GeoidGeoid

Meeresspiegel

(Rietbroek et al. 2011)

Fingerprint des Eismassenverlustes in Grönland => räumliches Muster

(Annahme: 200 gt/Jahr Eisverlust)

Meeresspiegel

Meeresspiegelanstieg, wie GRACE ihn sieht => Änderung der Massen

Hydrologie

kontinentales Eis

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Altimetrie

W. Bosch

Auch mit Altimeter-Satelliten kann man die (geometrische) Änderung der Meeresoberfläche messen

MeeresspiegelDie Altimetrie beobachtet neben Masseneffekten vor allem auch die Ausdehnung des Wassers aufgrund von Temperaturänderungen(sterische Meeresspiegeländerung)

(NASA)

Meeresspiegelvariationen

AltimetrieAltimetrie

University of Colorado

Pegelmessungen

Kruste Ozean

MantelMantel

Eine weitere Möglichkeit ist die Beobachtung an Pegelstationen=> Massenänderung, sterischer Effekt, Auflasten

Trend 08/2002 bis 04/2007

[kg/m²/a]

Indien

[kg/m²/a]

Trend 08/2002 bis 04/2007

Erdbeben

Sumatra-Andaman Erdbeben (Dezember 2004)Sumatra-Andaman Erdbeben (Dezember 2004)

Shin-Chan Han, Ohio State

Erdbeben

Sumatra-Andaman Erdbeben (Dezember 2004)Sumatra-Andaman Erdbeben (Dezember 2004)

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Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

Problem: Signaltrennung

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Ziel (Beispiel): Bestimmung der EismassenänderungenZiel (Beispiel): Bestimmung der Eismassenänderungen

Lösungsvorschlag: Berücksichtigung aller anderen Effekte durch Modelle

Problem: alle Massenvariationen passieren gleichzeitig

- Eismassenverlust- GIA- Hydrologie- Ozean- Atmospähre- …

Aber: GRACE beobachtet nur das komplette Signal

Verschiedene GIA-Modelle

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Klemann und Martinec (2009) Spada und Stocci (2007)

Wang et al. (2008) Wu et al. (2010)

21.1 Gt/Jahr 1.5 Gt/Jahr

19.5 Gt/Jahr -61.5 Gt/Jahr

(Masterarbeit Laura Jensen, 2010)

Problem: Signaltrennung

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Ziel (Beispiel): Bestimmung der EismassenänderungenZiel (Beispiel): Bestimmung der Eismassenänderungen

Lösungsvorschlag: Berücksichtigung aller anderen Effekte durch Modelle

Problem: alle Massenvariationen passieren gleichzeitig

- Eismassenverlust- GIA- Hydrologie- Ozean- Atmospähre- …

Aber: GRACE beobachtet nur das komplette Signal

Signaltrennung ist sehr schwierig und ein noch nicht gelöstes Problem

Geometrieder Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Grundwasser

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

Gezeitenfeste Erde

Verknüpfung

Das Verständnis der komplexen Wechselwirkungen im dynamischen System Erde ist lebenswichtig.„Klimawandel“

Geodäten benötigen Modelle um ihre Messungen zu verstehen und zu korrigieren.

Mit ihren Messungen liefern Geodäten einen wichtigen Beitrag für die anderen Geowissenschaften.

Zusammenarbeit in den Geowissenschaften:- Geodäsie- Ozeanographie- Meteorologie- Hydrologie- Glaziologie- Geophysik- Geologie

Start: Ende 2006Dauer 3 x 2 JahreFörderung ~ 2 M€/y

Antrag durch Ilk et al., 2005

DFG - Schwerpunktprogramm

-UH-GI18 interdisziplinäre Projekte

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From satellite sensor data to mass signals

Continental hydrology

Ice mass balance and sea level

Dynamics of mantle and crust

Gravity field missions

Altimetry missions

Remote sensing

Oceanic transport

Frohe Weihnachten

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Annette EickerAPMG 1 1 19.01.2014 Annette Eicker 22. Dezember 2011 Das dynamische System Erde.

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