Bayessche Inversion für ein Modell der globalen magnetischen Suszeptibilität basierend auf Satellitendaten magnetischer Felder während geringer Feldaktivität

• Antragstellerin: Dr. Monika Korte, seit 10/2021
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403246894

Das Studium des Magnetfelds der Lithosphäre ist eines der Hauptziele der Swarm Mission. Die SWARM-Satelliten wurden so angeordnet, dass die kleinskaligen Feldanteile des lithosphärischen Magnetfelds besonders gut bestimmt werden können. So fliegen die Satelliten Alpha und Charlie mit einem longitudinalen Abstand von 1.4° nebeneinanderher, wodurch der Ost-West-Gradient des Magnetfelds gut abgeschätzt werden kann. Dieser Feldgradient ist nahezu frei von Signalen des großskaligen und schnell variierenden Magnetfeldes des magnetosphärischen Ringstroms. Das Signal des Ringstroms aus den Daten zu extrahieren ist momentan eine der größten Schwierigkeiten bei der Berechnung von hochauflösenden Modellen des lithosphärischen Magnetfelds, weshalb die Magnetfeldmessungen von SWARM besonders wertvoll sind. Allerdings sind die Gradienten schlecht dazu geeignet unerwünschte Signale von elektrischen Strömen über den Polregionen, wie etwa dem „Disturbance Polar 2“ Stromsystem, dem polaren Elektrojet, oder den Birkeland-Strömen, zu entfernen. Im ersten Teil dieses Antrags wird daher ein neuer Ansatz vorgeschlagen um mit dem Einfluss der polaren Ströme in lithosphärischen Magnetfeldmodellen umzugehen. Dazu sollen SuperMAG Indizes und Daten der AMPERE Satellitenmission gemeinsam benutzt werden, wodurch das gebräuchliche Verfahren der Datenauswahl über den Polregionen signifikant verbessert werden kann und dadurch die Ableitung eines magnetisch ungestörten Datensatzes über den Polregionen ermöglicht wird. Dieses neue Datenauswahlverfahren soll auf den aktuellsten SWARM- sowie den CHAMP Level-3 Datensatz magnetischer Daten angewandt werden. Zusätzlich soll eine Hauptkomponentenanalyse dabei helfen verbleibende störende Signale des externen Feldes über den Polregionen zu modellieren und zu beseitigen. Im zweiten Teil des Projekts soll der generierte Datensatz für ein globales Modell der sichtbaren Magnetisierung invertiert werden, in Anlehnung an das Projekt “Structure of the magnetic lithosphere from global analysis of satellite data” der ersten Phase des SPP1788. Methodologische Neuerungen in diesem Teil betreffen den Gebrauch eines stochastischen Ansatzes zur Inversion, welcher eine a posteriori Abschätzung der Modellungenauigkeiten liefert. Im dritten Teil des Projekts soll schließlich das Modell der Magnetisierung in ein Modell der magnetischen Suszeptibilität konvertiert werden. Eine der größten Herausforderungen in diesem Schritt ist die inhärente Uneindeutigkeit der Suszeptibilität in Bezug auf Magnetfeldmessungen. Jedoch erlaubt ein kürzlich hergeleiteter Ansatz unter der Annahme von induzierter Magnetisierung zum ersten Mal die Bestimmung des Nullraumes der Magnetisierung und damit der magnetischen Suszeptibilität. Magnetische Suszeptibilität ist eine physikalische Gesteinseigenschaft, in welcher sich Charakteristika wie Alter, minerale Zusammensetzung und Temperatur widerspeigeln. Sie ist in dieser Hinsicht von direktem Interesse für viele andere Disziplinen

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1788: Study of Earth system dynamics with a constellation of potential field missions
• Ehemalige Antragstellerinnen: Professorin Dr. Claudia Stolle, von 6/2019 bis 9/2021; Foteini Vervelidou, Ph.D., bis 6/2019