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Das dynamische System Erde. Annette Eicker 20. Dezember 2011. Geodäsie – Die Vermessung der Erde. NASA. Geometrie der Erde. Orientierung der Erde. Die drei Pfeiler der Geodäsie. Schwerefeld der Erde. Geometrie der Erde. Orientierung der Erde.

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

Das dynamische System Erde

Annette Eicker

20. Dezember 2011

slide3

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie

Schwerefeld

der Erde

slide4

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie - Schwerefeld

Schwerefeld

der Erde

slide5

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie - Schwerefeld

Schwerefeld

der Erde

slide6

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie - Geometrie

Schwerefeld

der Erde

Raumverfahren: GPS, VLBI, SLR, LLR, DORIS

slide7

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie - Erdrotation

Schwerefeld

der Erde

slide8

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie – Messung mit GPS

Schwerefeld

der Erde

slide9

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie

Schwerefeld

der Erde

slide10

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie

Schwerefeld

der Erde

slide11

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide12

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide13

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide14

Drehmomente von Sonne und Mond

Beeinflussen die Erdrotation

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

slide15

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide16

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide17

Gezeitenkraft von Sonne und Mond

Verändern die Figur der Erde und das Schwerefeld

slide18

Gezeiten der festen Erde

Deformation: bis 50 cm

Sonne , Mond

slide19

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide20

Gezeiten der festen Erde

Geometrie

Schwerefeld

1. Gravitation Sonne, Mond

Änderungder Lage

(vertikal und horizontal)

2. Änderung der Lage

3. Massen- verlagerung der Erde

slide21

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide22

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide23

Ozeangezeiten

Sonne , Mond

Wasserhöhe: 50 cmGeoid: 5 cm

slide24

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide25

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide27

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide28

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

auflasten
Auflasten

Ozean

Kruste

Mantel

auflasten1
Auflasten

Ozean

Kruste

Mantel

auflasten2
Auflasten

Ozean

Kruste

Mantel

auflasten3
Auflasten

Ozean

Kruste

Mantel

slide33

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide34

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide35

Drehimpuls

Relative Drehimpulse

=> (Euler-Liouville-Gleichung)

slide36

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide37

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide39

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide40

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

zeitliche nderungen des geoids
Zeitliche Änderungen des Geoids

ITG-Grace03

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

trend und amplitude
Trend und Amplitude

Jährlicher Trend

[kg/m²/a]

Jährliche Amplitude

[kg/m²]

hydrologisches signal grace

Äquator

2007

2006

2005

2004

2003

Hydrologisches Signal (GRACE)

1gt = 1km³ Wasser!

1000

Amazonas

Orinoco

[giga tons]

-1000

glazial isostatischer ausgleich gia
Glazial-isostatischer Ausgleich (GIA)

Eis

Kruste

Kruste

Mantel

Mantel

Eis

Kruste

Kruste

1

2

3

4

Mantel

Mantel

gia global
GIA global

Klemann und Martinec (2009)

[ mm geoidheight / year]

gr nland
Grönland

Massenverlust in Grönland beobachtet mit GRACE

Wasserhöhen [m]

Massenverlust: 216,7 Gt/Jahr

(Masterarbeit Laura Jensen, 2010)

slide50

Eis

Geoid

Ozean

Meeresboden

Kruste

Moho

Mantel

04.09.2014

slide51

Das Eisschmilzt

Geoid

Ozean

Meeresboden

Kruste

Moho

Mantel

04.09.2014

slide52

Das Eisschmilzt

Das Land hebtsich

Geoid

Ozean

Meeresboden

Kruste

Moho

Mantel

04.09.2014

slide53

Das Eisschmilzt

Das Land hebtsich

Das Geoid ändertsich

Geoid

Ozean

Meeresboden

Kruste

Moho

Mantel

04.09.2014

slide54

Das Eisschmilzt

Das Land hebtsich

Das Geoid ändertsich

Der Meeresspiegelsteigt

Geoid

Ozean

Meeresboden

Kruste

Moho

Mantel

04.09.2014

slide55

Das Eisschmilzt

Das Land hebtsich

Das Geoid ändertsich

Der Meeresspiegelsteigt

Auflaständert den Meeresboden

Geoid

Ozean

Meeresboden

Kruste

Moho

Mantel

04.09.2014

slide56

Das Eisschmilzt

Das Land hebtsich

Das Geoid ändertsich

Der Meeresspiegelsteigt

Auflaständert den Meeresboden

Das Geoid ändertsich

Geoid

Ozean

Meeresboden

Kruste

Moho

Mantel

04.09.2014

meeresspiegel
Meeresspiegel

Fingerprint des Eismassenverlustes in Grönland => räumliches Muster

(Annahme: 200 gt/Jahr Eisverlust)

(Rietbroek et al. 2011)

meeresspiegel1
Meeresspiegel

Hydrologie

kontinentales Eis

Meeresspiegelanstieg, wie GRACE ihn sieht

=> Änderung der Massen

altimetrie
Altimetrie

Bestimmung der geometrischen Änderung der Meeresoberfläche

meeresspiegel2
Meeresspiegel

Die Altimetrie beobachtet neben Masseneffekten vor allem auch die Ausdehnung des Wassers aufgrund von Temperaturänderungen

(sterische Meeresspiegeländerung)

(NASA)

meeresspiegelvariationen
Meeresspiegelvariationen

Altimetrie

University of Colorado

pegelmessungen
Pegelmessungen

Eine weitere Möglichkeit ist die Beobachtung an Pegelstationen

=> Massenänderung, sterischer Effekt, Auflasten

Ozean

Kruste

Mantel

erdbeben
Erdbeben

Sumatra-Andaman Erdbeben (Dezember 2004)

Shin-Chan Han, Ohio State

erdbeben1
Erdbeben

Sumatra-Andaman Erdbeben (Dezember 2004)

slide71

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

problem signaltrennung
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

verschiedene gia modelle
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/Jahr

19.5 Gt/Jahr

-61.5 Gt/Jahr

(Masterarbeit Laura Jensen, 2010)

problem signaltrennung1
Problem: Signaltrennung

Ziel (Beispiel): Bestimmung der Eismassenänderungen

Signaltrennung ist sehr schwierig und ein noch nicht gelöstes Problem

Problem: alle Massenvariationen passieren gleichzeitig

  • Eismassenverlust
  • GIA
  • Hydrologie
  • Ozean
  • Atmospähre

Aber: GRACE beobachtet nur das komplette Signal

Lösungsvorschlag: Berücksichtigung aller anderen Effekte durch Modelle

slide75

Geometrie

der Erde

Orientierung

der Erde

Das dynamische System Erde

Sonne, Mond, Planeten

Schwerefeld

der Erde

Grundwasser

Gezeiten

Ozean

Gezeiten

Atmosphäre

Postglaziale

Landhebung

Gezeitenfeste Erde

Strömung

Ozean

Strömung

Atmosphäre

Platten-tektonik

Vulkanismus

Massen-verteilung

Auflast Ozean

Auflast Atmosphäre

Erdbeben

Vegetation

Rotations-deformation

Mantel, Kern

Drehimpuls Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

...

Dreh-momente

Trägheits-tensor

slide76

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“

slide77

DFG - Schwerpunktprogramm

  • UH-GI

Start: Ende 2006

Dauer 3 x 2 Jahre

Förderung ~ 2 M€/y

18 interdisziplinäre Projekte

Antrag durch Ilk et al., 2005

slide78

Gravity fieldmissions

Oceanictransport

Continental hydrology

Altimetry missions

Fromsatellitesensordatatomasssignals

Icemassbalance

andsealevel

Remote sensing

Dynamics ofmantle

andcrust