Das dynamische System Erde Annette Eicker 22. Dezember 2011 27.03.2017

Geodäsie – Die Vermessung der Erde NASA 27.03.2017

Die drei Pfeiler der Geodäsie Schwerefeld der Erde Geometrie der Erde Orientierung der Erde 27.03.2017

Die drei Pfeiler der Geodäsie - Schwerefeld der Erde Geometrie der Erde Orientierung der Erde 27.03.2017

Die drei Pfeiler der Geodäsie - Geometrie Schwerefeld der Erde Geometrie der Erde Orientierung der Erde Raumverfahren: GPS, VLBI, SLR, LLR, DORIS 27.03.2017

Die drei Pfeiler der Geodäsie - Erdrotation Schwerefeld der Erde Geometrie der Erde Orientierung der Erde 27.03.2017

Die drei Pfeiler der Geodäsie – Messung mit GPS Schwerefeld der Erde Geometrie der Erde Orientierung der Erde 27.03.2017

Die drei Pfeiler der Geodäsie Schwerefeld der Erde Geometrie der Erde Orientierung der Erde 27.03.2017

Die drei Pfeiler der Geodäsie Schwerefeld der Erde Geometrie der Erde Orientierung der Erde 27.03.2017

Das dynamische System Erde Sonne, Mond, Planeten Schwerefeld der Erde Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Grundwasser Postglaziale Landhebung Gezeiten feste Erde Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Platten-tektonik Vulkanismus Auflast Ozean Auflast Atmosphäre Massen- verteilung Geometrie der Erde Erdbeben Vegetation Drehimpuls Ozean Drehimpuls Atmosphäre Rotations- deformation Mantel, Kern ... Orientierung der Erde Dreh-momente Trägheits- tensor 27.03.2017

Das dynamische System Erde Sonne, Mond, Planeten Schwerefeld der Erde Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Grundwasser Postglaziale Landhebung Gezeiten feste Erde Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Platten-tektonik Vulkanismus Auflast Ozean Auflast Atmosphäre Massen- verteilung Geometrie der Erde Erdbeben Vegetation Drehimpuls Ozean Drehimpuls Atmosphäre Rotations- deformation Mantel, Kern ... Orientierung der Erde Dreh-momente Trägheits- tensor 27.03.2017

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Drehmomente von Sonne und Mond http://www.greier-greiner.at/hc/navi.htm Beeinflussen die Erdrotation 27.03.2017

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Gezeitenkraft von Sonne und Mond Verändern die Figur der Erde und das Schwerefeld 27.03.2017

Gezeiten der festen Erde Deformation: bis 50 cm Sonne , Mond 27.03.2017

Das dynamische System Erde Sonne, Mond, Planeten Schwerefeld der Erde Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Grundwasser Postglaziale Landhebung Gezeiten feste Erde Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Platten-tektonik Vulkanismus Auflast Ozean Auflast Atmosphäre Massen- verteilung Geometrie der Erde Erdbeben Vegetation Drehimpuls Ozean Drehimpuls Atmosphäre Rotations- deformation Mantel, Kern ... Orientierung der Erde Dreh-momente Trägheits- tensor 27.03.2017

Gezeiten der festen Erde Geometrie Schwerefeld 1. Gravitation Sonne, Mond Änderung der Lage (vertikal und horizontal) 2. Änderung der Lage 3. Massen- verlagerung der Erde 27.03.2017

Das dynamische System Erde Sonne, Mond, Planeten Schwerefeld der Erde Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Grundwasser Postglaziale Landhebung Gezeiten feste Erde Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Platten-tektonik Vulkanismus Auflast Ozean Auflast Atmosphäre Massen- verteilung Geometrie der Erde Erdbeben Vegetation Drehimpuls Ozean Drehimpuls Atmosphäre Rotations- deformation Mantel, Kern ... Orientierung der Erde Dreh-momente Trägheits- tensor 27.03.2017

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Ozeangezeiten Sonne , Mond Wasserhöhe: 50 cm Geoid: 5 cm 27.03.2017

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Ozeanströmungen 27.03.2017

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Auflasten Ozean Kruste Mantel 27.03.2017

Auflasten Ozean Kruste Mantel 27.03.2017

Auflasten Ozean Kruste Mantel 27.03.2017

Auflasten Ozean Kruste Mantel 27.03.2017

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Drehimpuls Relative Drehimpulse => (Euler-Liouville-Gleichung) 27.03.2017

Das dynamische System Erde Sonne, Mond, Planeten Schwerefeld der Erde Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Grundwasser Postglaziale Landhebung Gezeiten feste Erde Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Platten-tektonik Vulkanismus Auflast Ozean Auflast Atmosphäre Massen- verteilung Geometrie der Erde Erdbeben Vegetation Drehimpuls Ozean Drehimpuls Atmosphäre Rotations- deformation Mantel, Kern ... Orientierung der Erde Dreh-momente Trägheits- tensor 27.03.2017

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Variationen der Atmosphäre Geoid 27.03.2017

27.03.2017

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Das dynamische System Erde Sonne, Mond, Planeten Schwerefeld der Erde Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Grundwasser Postglaziale Landhebung Gezeiten feste Erde Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Platten-tektonik Vulkanismus Auflast Ozean Auflast Atmosphäre Massen- verteilung Geometrie der Erde Erdbeben Vegetation Drehimpuls Ozean Drehimpuls Atmosphäre Rotations- deformation Mantel, Kern ... Orientierung der Erde Dreh-momente Trägheits- tensor 27.03.2017

Zeitliche Änderungen des Geoids ITG-Grace03 Schon abgezogen: Gezeiten (Ozean, feste Erde….), Atmosphäre, Ozeanvariationen 27.03.2017

Trend und Amplitude Jährliche Amplitude Jährlicher Trend [kg/m²] [kg/m²/a]

Jährliche Amplitude [kg/m²]

Hydrologisches Signal (GRACE) 1gt = 1km³ Wasser! 1000 Amazonas Orinoco [giga tons] Äquator Ein Eiswürfel: 3 * 3 * 3 cm^3 = 2.7e-7 m^3 1gt = 1km^3 = 1e9 m^3 = 3.7e15 Eiswürfel 3 pro Glas => 1.2345e15 Gläser Weltbevölkerung 6.6e9 Menschen -> 187.000 Getränke pro Person! -1000 2007 2006 2005 2004 2003

Trend 08/2002 bis 04/2007 [kg/m²/a]

Glazial-isostatischer Ausgleich (GIA) Mantel Kruste Eis 1 Mantel Kruste 3 Mantel Kruste Eis 2 Mantel Kruste 4 27.03.2017

GIA global [ mm geoidheight / year] Klemann und Martinec (2009)

Trend 08/2002 bis 04/2007 [kg/m²/a]

Grönland Massenverlust in Grönland beobachtet mit GRACE Massenverlust: 216,7 Gt/Jahr (Masterarbeit Laura Jensen, 2010) 27.03.2017

Eis Geoid Ozean Meeresboden Kruste Moho Mantel 27.03.2017

Das Eis schmilzt Geoid Ozean Meeresboden Kruste Moho Mantel 27.03.2017

Das Eis schmilzt Das Land hebt sich Geoid Meeresboden Moho Ozean Kruste Moho Mantel 27.03.2017

Das Eis schmilzt Das Land hebt sich Das Geoid ändert sich Geoid Ozean Meeresboden Kruste Moho Mantel 27.03.2017

Der Meeresspiegel steigt Das Eis schmilzt Das Land hebt sich Das Geoid ändert sich Der Meeresspiegel steigt Geoid Ozean Meeresboden Kruste Moho Mantel 27.03.2017

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 Geoid Ozean Meeresboden Kruste Moho Mantel 27.03.2017

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 Geoid Ozean Meeresboden Kruste Moho Mantel 27.03.2017

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

Meeresspiegel kontinentales Eis Meeresspiegelanstieg, wie GRACE ihn sieht => Änderung der Massen Hydrologie

Altimetrie Auch mit Altimeter-Satelliten kann man die (geometrische) Änderung der Meeresoberfläche messen W. Bosch 27.03.2017

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

Meeresspiegelvariationen Altimetrie University of Colorado

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

Trend 08/2002 bis 04/2007 [kg/m²/a]

Indien

Trend 08/2002 bis 04/2007 [kg/m²/a]

Erdbeben Sumatra-Andaman Erdbeben (Dezember 2004) Shin-Chan Han, Ohio State

Erdbeben Sumatra-Andaman Erdbeben (Dezember 2004)

Das dynamische System Erde Sonne, Mond, Planeten Schwerefeld der Erde Gezeiten Ozean Gezeiten Atmosphäre Grundwasser Postglaziale Landhebung Gezeiten feste Erde Strömung Ozean Strömung Atmosphäre Platten-tektonik Vulkanismus Auflast Ozean Auflast Atmosphäre Massen- verteilung Geometrie der Erde Erdbeben Vegetation Drehimpuls Ozean Drehimpuls Atmosphäre Rotations- deformation Mantel, Kern ... Orientierung der Erde Dreh-momente Trägheits- tensor 27.03.2017

Problem: Signaltrennung Ziel (Beispiel): Bestimmung der Eismassenänderungen Problem: alle Massenvariationen passieren gleichzeitig Eismassenverlust GIA Hydrologie Ozean Atmospähre … Aber: GRACE beobachtet nur das komplette Signal Lösungsvorschlag: Berücksichtigung aller anderen Effekte durch Modelle 27.03.2017

Verschiedene GIA-Modelle 21.1 Gt/Jahr 1.5 Gt/Jahr Klemann und Martinec (2009) Spada und Stocci (2007) 19.5 Gt/Jahr -61.5 Gt/Jahr Wu et al. (2010) Wang et al. (2008) (Masterarbeit Laura Jensen, 2010) 27.03.2017

Problem: Signaltrennung Ziel (Beispiel): Bestimmung der Eismassenänderungen Problem: alle Massenvariationen passieren gleichzeitig Eismassenverlust GIA Hydrologie Ozean Atmospähre … Signaltrennung ist sehr schwierig und ein noch nicht gelöstes Problem Aber: GRACE beobachtet nur das komplette Signal Lösungsvorschlag: Berücksichtigung aller anderen Effekte durch Modelle 27.03.2017

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

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

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

Continental hydrology From satellite sensor data to mass signals Gravity field missions Oceanic transport Altimetry missions Continental hydrology From satellite sensor data to mass signals Ice mass balance and sea level Remote sensing Dynamics of mantle and crust 27.03.2017

Frohe Weihnachten 27.03.2017