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

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

2 Annette EickerAPMG Geodäsie – Die Vermessung der Erde NASA

3 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Orientierung der Erde Die drei Pfeiler der Geodäsie

4 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Orientierung der Erde Die drei Pfeiler der Geodäsie - Schwerefeld

5 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Orientierung der Erde Die drei Pfeiler der Geodäsie - Geometrie Schwerefeld der Erde Raumverfahren: GPS, VLBI, SLR, LLR, DORIS

6 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Orientierung der Erde Die drei Pfeiler der Geodäsie - Erdrotation

7 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Orientierung der Erde Die drei Pfeiler der Geodäsie – Messung mit GPS Schwerefeld der Erde

8 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Orientierung der Erde Die drei Pfeiler der Geodäsie

9 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Orientierung der Erde Die drei Pfeiler der Geodäsie

10 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

11 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

12 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

13 Annette EickerAPMG Drehmomente von Sonne und Mond Beeinflussen die Erdrotation

14 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

15 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

16 Annette EickerAPMG Gezeitenkraft von Sonne und Mond Verändern die Figur der Erde und das Schwerefeld

17 Annette EickerAPMG Gezeiten der festen Erde Sonne, Mond Deformation: bis 50 cm

18 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

19 Annette EickerAPMG Gezeiten der festen Erde Geometrie Schwerefeld 1. Gravitation Sonne, Mond 2. Änderung der Lage 3. Massen- verlagerung der Erde Änderung der Lage (vertikal und horizontal)

20 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

21 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

22 Annette EickerAPMG Ozeangezeiten Sonne, Mond Wasserhöhe: 50 cm Geoid: 5 cm

23 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

24 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

25 Annette EickerAPMG Ozeanströmungen

26 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

27 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

28 Annette EickerAPMG Auflasten Kruste Ozean Mantel

29 Annette EickerAPMG Auflasten Kruste Ozean Mantel

30 Annette EickerAPMG Auflasten Kruste Ozean Mantel

31 Annette EickerAPMG Auflasten Kruste Ozean Mantel

32 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

33 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

34 Annette EickerAPMG Drehimpuls Relative Drehimpulse => (Euler-Liouville-Gleichung)

35 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

36 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

37 Annette EickerAPMG Variationen der Atmosphäre Geoid

38 Annette EickerAPMG

39 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

40 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

41 Annette EickerAPMG Zeitliche Änderungen des Geoids ITG-Grace03 Schon abgezogen: Gezeiten (Ozean, feste Erde….), Atmosphäre, Ozeanvariationen

42 Annette EickerAPMG 1 42 Trend und Amplitude Jährliche Amplitude [kg/m²] Jährliche Amplitude [kg/m²] Jährlicher Trend [kg/m²/a] Jährlicher Trend [kg/m²/a]

43 Annette EickerAPMG 1 43 Jährliche Amplitude [kg/m²]

44 Annette EickerAPMG 1 44 [giga tons] Hydrologisches Signal (GRACE) Orinoco Amazonas 1gt = 1km³ Wasser! Äquator

45 Annette EickerAPMG 1 45 [kg/m²/a] Trend 08/2002 bis 04/2007

46 Annette EickerAPMG 1 46 Glazial-isostatischer Ausgleich (GIA) Mantel Kruste Eis 1 Mantel Kruste Eis 2 Mantel Kruste 3 Mantel 4

47 Annette EickerAPMG 1 47 GIA global [ mm geoidheight / year] Klemann und Martinec (2009)

48 Annette EickerAPMG 1 48 Trend 08/2002 bis 04/2007 [kg/m²/a]

49 Annette EickerAPMG Grönland Massenverlust in Grönland beobachtet mit GRACE (Masterarbeit Laura Jensen, 2010) Massenverlust: 216,7 Gt/Jahr

50 Annette EickerAPMG Mantel Eis Ozean Kruste Geoid Meeres boden Moho

51 Annette EickerAPMG Mantel Ozean Kruste -Das Eis schmilzt Geoid Meeres boden Moho

52 Annette EickerAPMG Mantel Ozean Kruste -Das Eis schmilzt -Das Land hebt sich -Das Eis schmilzt -Das Land hebt sich Geoid Meeres boden Moho

53 Annette EickerAPMG Mantel Ozean Kruste -Das Eis schmilzt -Das Land hebt sich -Das Geoid ändert sich -Das Eis schmilzt -Das Land hebt sich -Das Geoid ändert sich Geoid Meeres boden Moho

54 Annette EickerAPMG Mantel Ozean Kruste -Das Eis schmilzt -Das Land hebt sich -Das Geoid ändert sich -Der Meeresspiegel steigt -Das Eis schmilzt -Das Land hebt sich -Das Geoid ändert sich -Der Meeresspiegel steigt Meeres boden Moho Geoid

55 Annette EickerAPMG Mantel Ozean Kruste -Das Eis schmilzt -Das Land hebt sich -Das Geoid ändert sich -Der Meeresspiegel steigt -Auflast ändert den Meeresboden -Das Eis schmilzt -Das Land hebt sich -Das Geoid ändert sich -Der Meeresspiegel steigt -Auflast ändert den Meeresboden Meeres boden Moho Geoid

56 Annette EickerAPMG Mantel Ozean Kruste -Das Eis schmilzt -Das Land hebt sich -Das Geoid ändert sich -Der Meeresspiegel steigt -Auflast ändert den Meeresboden -Das Geoid ändert sich -Das Eis schmilzt -Das Land hebt sich -Das Geoid ändert sich -Der Meeresspiegel steigt -Auflast ändert den Meeresboden -Das Geoid ändert sich Meeres boden Moho Geoid

57 Annette EickerAPMG 1 57 Meeresspiegel (Rietbroek et al. 2011) Fingerprint des Eismassenverlustes in Grönland => räumliches Muster (Annahme: 200 gt/Jahr Eisverlust)

58 Annette EickerAPMG 1 58 Meeresspiegel Meeresspiegelanstieg, wie GRACE ihn sieht => Änderung der Massen Hydrologie kontinentales Eis

59 Annette EickerAPMG Altimetrie W. Bosch Auch mit Altimeter-Satelliten kann man die (geometrische) Änderung der Meeresoberfläche messen

60 Annette EickerAPMG 1 60 Meeresspiegel Die Altimetrie beobachtet neben Masseneffekten vor allem auch die Ausdehnung des Wassers aufgrund von Temperaturänderungen (sterische Meeresspiegeländerung) (NASA)

61 Annette EickerAPMG 1 61 Meeresspiegelvariationen Altimetrie University of Colorado

62 Annette EickerAPMG 1 62 Pegelmessungen Kruste Ozean Mantel Eine weitere Möglichkeit ist die Beobachtung an Pegelstationen => Massenänderung, sterischer Effekt, Auflasten

63 Annette EickerAPMG 1 63 Trend 08/2002 bis 04/2007 [kg/m²/a]

64 Annette EickerAPMG 1 64 Indien

65 Annette EickerAPMG 1 65 [kg/m²/a] Trend 08/2002 bis 04/2007

66 Annette EickerAPMG 1 66 Erdbeben Sumatra-Andaman Erdbeben (Dezember 2004) Shin-Chan Han, Ohio State

67 Annette EickerAPMG 1 67 Erdbeben Sumatra-Andaman Erdbeben (Dezember 2004)

68 Annette EickerAPMG Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

69 Annette EickerAPMG 1 69 Problem: Signaltrennung Ziel (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

70 Annette EickerAPMG 1 70 Verschiedene GIA-Modelle Klemann und Martinec (2009)Spada und Stocci (2007)Wang et al. (2008)Wu et al. (2010) 21.1 Gt/Jahr 1.5 Gt/Jahr19.5 Gt/Jahr-61.5 Gt/Jahr (Masterarbeit Laura Jensen, 2010)

71 Annette EickerAPMG 1 71 Problem: Signaltrennung Ziel (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

72 Annette EickerAPMG 1 72 Geometrie der Erde Schwerefeld der Erde Dreh- momente Drehimpuls Ozean Auflast Ozean Drehimpuls Atmosphäre Auflast Atmosphäre Rotations- deformation Sonne, Mond, Planeten Trägheits- tensor Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Orientierung der Erde Massen- verteilung Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Das dynamische System Erde Grundwasser Postglaziale Landhebung Platten- tektonik Vulkanismus Erdbeben Vegetation Mantel, Kern... Gezeiten feste Erde

73 Annette EickerAPMG 1 73 Verknüpfung Das Verständnis der komplexen Wechselwirkungen im dynamischen System Erde ist lebenswichtig. Klimawandel 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 Zusammenarbeit in den Geowissenschaften: - Geodäsie - Ozeanographie - Meteorologie - Hydrologie - Glaziologie - Geophysik - Geologie

74 Annette EickerAPMG 1 74 Start: Ende 2006 Dauer 3 x 2 Jahre Förderung ~ 2 M/y Antrag durch Ilk et al., 2005 DFG - Schwerpunktprogramm -UH-GI 18 interdisziplinäre Projekte

75 Annette EickerAPMG 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

76 Annette EickerAPMG 1 76 Frohe Weihnachten


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