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Geodynamik des ost-alpinen und mediterranen Bereichs 1.Plattentektonik (allgemein) 2.Referenznetze (IGS,EUREF,CEGRN,...) 3.Terrestrische Bezugssysteme.

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Präsentation zum Thema: "Geodynamik des ost-alpinen und mediterranen Bereichs 1.Plattentektonik (allgemein) 2.Referenznetze (IGS,EUREF,CEGRN,...) 3.Terrestrische Bezugssysteme."—  Präsentation transkript:

1 Geodynamik des ost-alpinen und mediterranen Bereichs 1.Plattentektonik (allgemein) 2.Referenznetze (IGS,EUREF,CEGRN,...) 3.Terrestrische Bezugssysteme 4.Der ost-alpin/mediterrane Bereich 5.Die adriatische Mikroplatte (IDNDR) 6.Das österreichische Überwachungsnetz 7.Nouvel --- GPS/Laser/VLBI 8.GPS-Höhen -- Meteorologie 9.Fallstudie Bovec-Tolmin (1998) 10.Fallstudie Hafelekar (Innsbruck) 11.Das EU Projekt CERGOP-2/Environment 12.Schlussfolgerungen und Zukunft

2 Plattentektonik (allgemein) Einige grundsätzliche Überlegungen Das Zustandekommen von tektonischen Bewegungen bedingt Energieaufwand. Welche Energiearten sind verfügbar ? Thermische Energie (grundsätzlich durch nukleare Prozesse aufgebaut): Bedingt durch den Abkühlungsprozess des Erdkörpers (thermisches Gleichgewicht) Bewegungsenergie: Erdrotation, Gravitation, Meteoriteneinschläge Reibungsprozesse verlangsamen und konvertieren Bewegungs- energie wieder in thermische Energie Die Grundfrage: Welche Mechanismen setzen Wärme in Bewegung um (gleich einer Dampfmaschine). Welche Bedeutung ist Meteoriteneinschlägen zuzumessen ?

3 Plattentektonik (allgemein) Die Bewegung der Kontinente ist existent ! 1.Plattentektonik (allgemein)

4 Plattentektonik (allgemein) Plattengeschwindigkeiten – Korrelation mit Grabenstruktur 1.Plattentektonik (allgemein)

5 Plattentektonik (allgemein) Treibende Kräfte (edge forces)

6 Plattentektonik (allgemein) Verzahnung Lithosphäre-Mantel, (basal forces) 1.Plattentektonik (allgemein)

7 Plattentektonik (allgemein) Plattengeschwindigkeiten im System hotspot 1.Plattentektonik (allgemein)

8 Plattentektonik (allgemein) Mögliche Mechanismen zur Bildung von Gräben bzw. zur Auffaltung von Gebirgen 1.Plattentektonik (allgemein)

9 Plattentektonik (allgemein) Übersicht über das globale Spannungsfeld 1.Plattentektonik (allgemein)

10 Plattentektonik (allgemein) 1.Plattentektonik (allgemein)

11 Plattentektonik (allgemein) Größere eruptive Gebiete 1.Plattentektonik (allgemein)

12 Plattentektonik (allgemein) Einige abschließende Bemerkungen Die derzeitigen Modelle können kinematische Aspekte zwar nicht ausreichend aber doch befriedigend erklären. Die zugrundeliegenden Kräfte werden zwar erkannt, die physikalischen Randbedingungen sind jedoch weitgehend unbekannt. Ausgehend von der notwendigen Voraussetzung, dass die Beschreibung von Kräften universellen Charakter hat und allzeit gültig ist, geben Untersuchungen in regionalen Bereichen wertvolle test-beds für grundsätzliche Überlegungen für die qualitative und quantitative Formulierung unter bestimmten Nebenbedingungen. Methoden der Satellitengeodäsie verkürzen den Beobachtungszeit- raum auf menschliche Dimensionen.

13 Referenznetze (IGS,EUREF,CEGRN,...) Referenznetze bestehen aus permanent messenden GPS-Basisstationen, für die wöchentlich Koordinaten berechnet werden. Zusätzlich werden etwa im Jahresrhythmus sogenannte Epoch-Stationen beobachtet. Das globale GPS Referenznetz IGS besteht aus mehr als 200 global verteilten Stationen In Europa (EUREF) werden mehr als 100 Stationen betrieben CEGRN verfügt über etwa 30 Stationen

14 Referenznetze (IGS,EUREF,CEGRN,...)

15 Terrestrische Bezugssysteme Allgemeines Terrestrische Bezugssysteme bestehen aus einem Satz von geozentrischen Koordinaten definiert für eine bestimmte Epoche. Sie werden meist auf den Jahresanfang bezogen (z.B. ETRF-1989,ETRF-2000, ITRF-2000). Für die Praxis ist in Europa ETRF-1989 verbindlich, da die Wirtschaft mit einem ständig wechselnden System nichts anfangen kann. Sollte die Schmerzgrenze erreicht werden, ist eine Neudefinition erforderlich.

16 Terrestrische Bezugssysteme Wissenschaft Aus Koordinatenänderungen werden Geschwindig- keiten abgeleitet und zu örtlich und zeitlich variablen Geschwindigkeitsfeldern zusammengefasst (Geo- Kinematik) Die Analyse von Geschwindigkeitsänderungen führt zur Geodynamik (Beschleunigungen) Erst damit wird es möglich, nicht nur Bestandsauf- nahmen sondern auch Ursachenforschung zu betreiben (Kräfte, Energietransport), eine unabdingbare Voraussetzung für das Verständnis der Vorgänge und eventuelle Prädiktion.

17 Der ost-alpin/mediterrane Bereich

18 Die adriatische Mikroplatte (IDNDR) Ein Teilstück der zahlreichen Mikroplatten im Kollisionsbereich der afrikanischen und der eurasischen Kontintalplatte Nord-west Bewegung führte zum Aufbau der Alpen (noch nicht ageschlossen) Seismische Aktivitäten entlang der Berandung (z.B. Skoplje, Friaul, Umbrien, Bovec) und Vulkanismus (Vesuv, Ätna, Stromboli) Verantwortlich für Seismik in Österreich

19 Die adriatische Mikroplatte (IDNDR) Frage: Wo ist die derzeit aktive nördliche Be- randung dieser Mikroplatte (periadriatische Naht) Geschichtlich: Bergsturz Dobratsch, Erdbeben in Friaul, Erdbeben Bovec Das Projekt Krustendynamik verfolgt seit 1993 im Rahmen von IDNDR diese Fragestellung Erstvermessungen 1993 und verdichtet 1994 und 1995 (Nullmessungen)

20 Die adriatische Mikroplatte (IDNDR) Frage: Wo sind die nächsten Erdbeben zu erwarten ? Nach dem geschichtlichen Südtrend scheint sich der aktive Teil entlang der Idrija Falte nach Osten zu bewegen, mit Zielrichtung Ljubljana. Daher konzentriert sich die Überwachungstätig- keit derzeit auf Westslowenien und den Apennin (Umbrien)

21 Das österreichische Überwachungsnetz

22 Das österreichische Überwachungsnetz Graz – Lustbühel Pfänder - Bregenz

23 Das österreichische Überwachungsnetz Hafelekar Patscherkofel

24 Das österreichische Überwachungsnetz Reisseck Gaisberg - Salzburg

25 Das österreichische Überwachungsnetz Rottenmann Hahnenkamm - Kitzbühel

26 Das österreichische Überwachungsnetz Was machen wir mit den Daten: Datenfluss und Berechnungen Automatischer Transfer nach Graz ( 1 h und 24 h) Tägliche und wöchentliche Koordinatenberechnun- gen Zeitreihen, welche die Koordinatenänderungen der Stationen über lange Zeiträume dokumentieren Analyse der Zeitreihen

27 Das österreichische Überwachungsnetz Zeitreihe für Graz-Lustbühel

28 Nouvel --- GPS/Laser/VLBI Bewegungsmodelle bisher: Geschichte, Geologie, Geophysik, Seismik (Genauigkeit etwa 2 cm/Jahr) Bewegungsmodelle heute: Aus Satellitenmessungen (Genauigkeit 2-5 mm/Jahr) Entscheidung für Europa (Juni 2001): Die Geschwindigkeiten abgeleitet aus den Änderungen in den Referenzsystemen ersetzen die Modellgeschwindigeiten)

29 Nouvel --- GPS/Laser/VLBI Eurasische/Amerikanische Kontinentalplatte

30 Nouvel --- GPS/Laser/VLBI Adriatische Mikroplatte

31 Nouvel --- GPS/Laser/VLBI Hebungserscheinungen in Skandinavien

32 GPS-Höhen -- Meteorologie Zeitreihe Graz – GPS-Höhen

33 GPS-Höhen -- Meteorologie Die Satellitensignale werden durch den Einfluss der Ionosphäre und der Troposphäre (Druck, Temperatur, Feuchte) systematisch verzögert. Dieser Einfluss schlägt sich in der Höhenkomponen- te nieder. Druck kann ausreichend modelliert werden, Feuchte und Höhe sind stark korreliert. Höhenänderungen sind statisch, Feuchteänderungen dynamisch – Dekorrelierung möglich Anwendung: Schätzung des Wasserdampfgehaltes über der Station – Nutzung dieses Produktes für digitale Wettervorhersagemodelle. Erforderlich: Quasi-Echtzeit Bestimmung im halb- oder einstündigen Takt.

34 GPS-Höhen -- Meteorologie

35 Ziel: Verbesserung der Höhenbestimmung um einen Faktor 3 zur genaueren Bestimmung von Hebungen und Senkungen. Messungen bis in Horizontnähe (5 Grad) ; L2 ? Messungen von meteorologischen Bodendaten für die Klimaforschung. Lieferung von halbstündigen Schätzungen der summarischen Verzögerung in Zenitrichtung Einführung von elevationsabhängigen Modellen (Gradienten). Schätzung der Abhängigkeit vom Azimut (vor allem bei Stationen mit unterschiedlicher Umgebung – e.g. Küstenstationen)

36 Fallstudie Bovec-Tolmin (1998) Warum wurde dieses Gebiet ausgewählt ? Nullmessungen 1994 und 1995 Erdbeben im Gebiet Bovec-Kobarid am Ostersonntag 1998 mit starken Zerstörungen Nachmessungen und weitere Verdichtung des Netzes im August 1998 Genauigkeit der Auswertung: besser als 5 mm in der Lage. Ergebnisse: Signifikante, jedoch unterschiedliche Horizontalbewegungen von bis zu 2.5 cm in 3 Jahren Feststellung von Geschwindigkeitsgradienten (Beschleunigungen, Energietransfer)

37 Fallstudie Bovec-Tolmin (1998) Im Bereich Westslowenien und Friaul gemessene Stationen

38 Fallstudie Bovec-Tolmin (1998) Nachgemessene Stationen (rot) Neu gemessene Stationen (grün)

39 Fallstudie Bovec-Tolmin (1998) Rot: Lageänderungen Blau: Höhenänderungen Skalierung: Rot (RIBN) ent- spricht 2.5 cm

40 Fallstudie Hafelekar (Innsbruck)

41 Periodische Lageänderungen mit saisonaler Abhängigkeit (max 2 cm) Was ist der Grund ? Stabilität des Betonfundamentes Stabilität des Gipfelaufbaues Bewegung der Nordkette als Teil oder als Gesamtes Die identisch ausgestattete Zwillingsstation am Patscherkofel zeigt keine Bewegungen Die gemessenen Bewegungen wurden relativ zu 2 unabhängigen Stationen fast identisch festgestellt.

42 Fallstudie Hafelekar (Innsbruck) 1.ddddd

43 Fallstudie Hafelekar (Innsbruck) Notwendige Maßnahmen (IDNDR Projekt) Stabile Vermarkung von 3 zusätzlichen Messstationen im Gipfelbereich (Fundament), am Hafelekarsattel (Gipfelaufbau) und auf der Seegrube (Nordkette) Messungen während 2 Jahren im Vierteljahrestakt (24 Stunden) Erste Messungen im Oktober 2001 Lehre: Die Überwachung der lokalen Stabilität der Antenne ist entscheidend für eine sichere geodynamische Interpretation.

44 Das EU Projekt CERGOP-2/Environment 1.Plattentektonik (allgemein)

45 Das EU Projekt CERGOP-2/Environment Bestimmung eines Geschwindigkeitsfeldes in 13 Ländern der Zentraleuropäischen Initiative als Grundlage für geodynamische Untersuchungen Ermittlung des Spannungsfeldes sowie der Mechanismen, die zu Energieaufbau führen (als Grundlage für mögliche Erdbebenprädiktion und Frühwarnung Methode: GPS-Messungen ( Stationen); Auswertungen; lokale Analysen; Filterung von Zeitreihen; lokale Untersuchungen in 7 ausgewiesenen, seismisch aktiven Regionen; höchste Sorgsamkeit. Die Messung des Millimeters wird bald Realität sein. Diese Genauigkeit über eine Dekade zu halten, das ist das Problem.

46 Schlussfolgerungen und Zukunft Während der letzten Dekade und vor allem der letzten 5 Jahre konnte die Genauigkeit der Koordinatenbestim- mung über GPS in den mm-Bereich verschoben werden. Plattenbewegungen von unter 5 mm/Jahr können damit bereits in kurzen Zeiträumen festgestellt werden. Modelle werden durch aktuelle gesicherte Messungen ersetzt. Die Frage what and where geht einer befriedigenden Lösung entgegen, die Frage why and how steht nun im Vordergrund aller weiteren Bemühungen.


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