Schwerefeld in der Antarktis: Geodätische Modellierung und geophysikalische Inversion (AntGrav)

• Antragsteller: Professor Dr. Roland Pail; Dr.-Ing. Mirko Scheinert
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie ; Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 365860590

Das Schwerefeld spiegelt die Massenverteilung der Erde wider und ermöglicht deshalb, deren innere Struktur und tektonische Entwicklung zu untersuchen. Dafür muss die Geometrie von spezifischen Grenzflächen, wie z. B. der Topographie und der Krusten-Mantel-Grenze (Mohorovicic-Diskontinuität), genau bekannt sein. In der Antarktis ist allerdings die Subglazialtopographie von einem bis zu 4000 m mächtigen Eisschild bedeckt. Zusätzlich benötigen wir präzise Aussagen über eine ausgezeichnete Äquipotentialfläche, das Geoid. Es dient als Referenzfläche z.B. in der Ozeanografie (Bestimmung der dynamischen Ozeantopographie) und in der Geodäsie (Höhensysteme und global einheitliches Höhendatum).Erstmals wird es nun möglich, das Schwerefeld in der Antarktis auf homogene und konsistente Weise in kontinentalem Maßstab zu bestimmen. Dafür steht ein Datensatz von terrestrischen Schwerefelddaten zur Verfügung, der von einem internationalen Konsortium unter der Leitung eines der Antragsteller kürzlich veröffentlicht wurde (Scheinert u.a. 2016). Darauf aufbauend wollen wir in diesem Projekt die Expertise der beiden Antragsteller zusammenführen, zum einen bei der globalen Schwerefeldmodellierung basierend auf modernen Satellitenmissionen wie GRACE und GOCE und zum anderen bei der regionalen Geoidverbesserung in der Antarktis basierend auf terrestrischen Beobachtungen. Das Hauptziel dieses Antrags besteht daher darin, ein kombiniertes, konsistentes, räumlich hoch aufgelöstes Schwerefeld der Antarktis zu bestimmen. Dafür wird zunächst eine sorgfältige Validierung und Homogenisierung der terrestrischen Schweredaten und deren Kombination mit Satellitendaten vorgenommen. Es sollen innovative regionale und angepasste globale Methoden zur optimalen Kombination aller Schwerefeld-Datentypen entwickelt werden, wobei Aspekte wie Genauigkeit und spektrale Auflösung adäquat zu berücksichtigen sind. Als weiteres Ziel soll, basierend auf dem resultierenden Schwerefeldmodell, die Struktur der Lithosphäre mit Geometrie (Subglazialtopographie, Moho-Tiefe) und Dichteverteilung bestimmt werden. Als Zusatzinformation werden komplementäre Daten zur Eismächtigkeit aus Radarmessungen sowie zur Lage der Aufsetzlinie verwendet. Für die Inversion der Schweredaten sollen anspruchsvolle Methoden und unterschiedliche Wege zur Einführung dieser komplementären Daten, die den Lösungsraum beschränken, untersucht werden. Insgesamt soll damit die derzeit mangelhafte Kenntnis der Subglazialtopographie und der Struktur der Lithosphäre in der Antarktis signifikant verbessert werden. Schwerefeld- und Lithosphärenmodell werden durch realistische Genauigkeitsschätzungen ergänzt. Schließlich wird der Erkenntnisfortschritt, der mit Hilfe dieser Modelle für diverse geowissenschaftliche Anwendungen erreicht werden kann, bewertet. Ein wissenschaftlicher Verwertungsplan soll zukünftige Forschungsziele aufzeigen.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1158: Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Norwegen, USA
• Kooperationspartner: Dr. Graeme Eagles; Dr. Fausto Ferraccioli; Simon Holmes, Ph.D.; Professor Dr. Wilfried Jokat; Dr. Kenichi Matsuoka