annette eickerapmg 1 1 19.01.2014 annette eicker 22. dezember 2011 das dynamische system erde

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Annette Eicker APMG 1 1 26.06.22 Annette Eicker 22. Dezember 2011 Das dynamische System Erde

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11.04.23

Annette Eicker22. Dezember 2011

Das dynamische System Erde

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11.04.23

Geodäsie – Die Vermessung der Erde

NASANASA

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Orientierung der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Orientierung der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie - Schwerefeld

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5

11.04.23

Geometrieder Erde

Orientierung der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie - Geometrie

Schwerefeld der Erde

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

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Orientierung der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie - Erdrotation

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11.04.23

Geometrieder Erde

Orientierung der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie – Messung mit GPS

Schwerefeld der Erde

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Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Orientierung der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Orientierung der Erde

Die drei Pfeiler der Geodäsie

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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11.04.23

Drehmomente von Sonne und Mond

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

Beeinflussen die Erdrotation

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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11.04.23

Gezeitenkraft von Sonne und Mond

Verändern die Figur der Erde und das Schwerefeld

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11.04.23

Gezeiten der festen Erde

Sonne , MondDeformation: bis 50 cm

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

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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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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Ozeangezeiten

Sonne , MondWasserhöhe: 50 cmGeoid: 5 cm

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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Ozeanströmungen

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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11.04.23

Auflasten

Kruste Ozean

MantelMantel

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11.04.23

Auflasten

Kruste Ozean

MantelMantel

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11.04.23

Auflasten

Kruste Ozean

MantelMantel

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11.04.23

Auflasten

Kruste Ozean

MantelMantel

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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Drehimpuls

Relative Drehimpulse=> (Euler-Liouville-Gleichung)

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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Variationen der Atmosphäre

Geoid

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Annette Eicker APMG 1

39

11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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Annette Eicker APMG 1

40

11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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11.04.23

Zeitliche Änderungen des Geoids

ITG-Grace03

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

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Trend und Amplitude

Jährliche Amplitude

[kg/m²]

Jährliche Amplitude

[kg/m²]

Jährlicher Trend

[kg/m²/a]

Jährlicher Trend

[kg/m²/a]

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Jährliche Amplitude

[kg/m²]

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44

[gig

a to

ns]

1000

-1000

Hydrologisches Signal (GRACE)

Orinoco

Amazonas

1gt = 1km³ Wasser!

20072006200520042003

Äquator

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[kg/m²/a]

Trend 08/2002 bis 04/2007

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46

Glazial-isostatischer Ausgleich (GIA)

11.04.23

MantelMantel

Kruste

Eis

1

MantelMantel

Kruste

Eis

2

MantelMantel

Kruste

3

MantelMantel

Kruste

4

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47

GIA global

-47

[ mm geoidheight / year]

Klemann und Martinec (2009)

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Trend 08/2002 bis 04/2007

[kg/m²/a]

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11.04.23

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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11.04.23

MantelMantel

Eis

Ozean

Kruste

GeoidGeoid

Meeresboden

Meeresboden

MohoMoho

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11.04.23

MantelMantel

Ozean

Kruste

- Das Eis schmilzt- Das Eis schmilzt

GeoidGeoid

Meeresboden

Meeresboden

MohoMoho

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11.04.23

MantelMantel

Ozean

Kruste

- Das Eis schmilzt- Das Land hebt sich

- Das Eis schmilzt- Das Land hebt sich

GeoidGeoid

Meeresboden

Meeresboden

MohoMoho

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11.04.23

MantelMantel

Ozean

Kruste

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

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

GeoidGeoid

Meeresboden

Meeresboden

MohoMoho

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11.04.23

MantelMantel

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

Meeresboden

Meeresboden

MohoMoho

GeoidGeoid

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11.04.23

MantelMantel

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

Meeresboden

Meeresboden

MohoMoho

GeoidGeoid

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11.04.23

MantelMantel

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

Meeresboden

Meeresboden

MohoMoho

GeoidGeoid

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Meeresspiegel

(Rietbroek et al. 2011)

Fingerprint des Eismassenverlustes in Grönland => räumliches Muster

(Annahme: 200 gt/Jahr Eisverlust)

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Meeresspiegel

Meeresspiegelanstieg, wie GRACE ihn sieht => Änderung der Massen

Hydrologie

kontinentales Eis

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11.04.23

Altimetrie

W. Bosch

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

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

(NASA)

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Meeresspiegelvariationen

AltimetrieAltimetrie

University of Colorado

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Pegelmessungen

Kruste Ozean

MantelMantel

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

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Trend 08/2002 bis 04/2007

[kg/m²/a]

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Indien

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[kg/m²/a]

Trend 08/2002 bis 04/2007

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Erdbeben

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

Shin-Chan Han, Ohio State

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Erdbeben

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

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11.04.23

Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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Problem: Signaltrennung

11.04.23

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

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Verschiedene GIA-Modelle

11.04.23

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)

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Problem: Signaltrennung

11.04.23

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

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Geometrieder Erde

Schwerefeld der Erde

Dreh-momente

Drehimpuls Ozean

Auflast Ozean

Drehimpuls Atmosphäre

Auflast Atmosphäre

Rotations-deformation

Sonne, Mond,

Planeten

Trägheits-tensor

StrömungOzean

StrömungAtmosphäre

Orientierung der Erde

Massen-verteilung

GezeitenOzean

GezeitenAtmosphäre

Das dynamische System Erde

Grundwasser

Postglaziale Landhebung

Platten-tektonik

Vulkanismus

Erdbeben

Vegetation

Mantel, Kern

...

Gezeitenfeste Erde

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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.

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

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

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

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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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11.04.23

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

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Frohe Weihnachten

11.04.23