Ice dynamics and mass balance in the northern part of subglacial Lake Vostok/Antarctica
Final Report Abstract
Das Vorhaben hatte die geodätisch-glaziologische Erforschung des Nordteils des subglazialen Lake Vostok (Ostantarktis) auf der Grundlage neu zu erhebender in-situ Messdaten zum Ziel. Zuverlässige Daten zur Geometrie, Eisfließdynamik und Massenbilanz der Eisdecke über dem See werden für die multidisziplinäre Erforschung des unikalen Lake-Vostok-Systems dringend benötigt, lagen jedoch bisher für den nördlichen und zentralen Seeteil nicht vor. Durch die Teilnahme an einem Schlittenzug im Rahmen der 53. Russischen Antarktisexpedition (2007/2008) konnten im Arbeitsgebiet geodätische Feldmessungen durchgeführt werden. Durch die Anlage und wiederholte Messung von GNSS-Messpunkten im Seegebiet wurden hochgenaue Koordinaten und Geschwindigkeiten bestimmt. Kontinuierliche kinematische GPS-Messungen auf den Zugmaschinen des Schlittenzugs gestatteten die Bestimmung von präzisen Höhenprofilen der Eisoberfläche. Vom russischen Projektpartner wurden auf der Grundlage von Eisradarmessungen Eismächtigkeiten sowie der genaue Verlauf des Seeufers bestimmt. Aus den für insgesamt 50 GNSS-Messpunkte im Seegebiet bestimmten horizontalen Geschwindigkeitskomponenten wurden Fließgeschwindigkeiten der Eisoberfläche abgeleitet. Auf deren Grundlage wurde nachgewiesen, dass aktuelle glazio-dynamische Modelle das Fließgeschwindigkeitsfeld über dem Lake Vostok ungenügend widerspiegeln. Die Fließgeschwindigkeiten wurden, unter Einbeziehung von Eisdickendaten und glaziologischen Ergebnissen, gezielten Analysen und Interpretationen zugeführt. Für drei Deformationspolygone wurde mithilfe einer Strainanalyse die horizontale Oberflächendeformation bestimmt sowie die lokale Massenbilanz abgeschätzt. In allen drei Fällen wurde eine weitestgehend ausgeglichene Eismassenbilanz festgestellt. Entlang Fließlinien über die Seeufer hinweg konnte die Bedeutung der Übergangszone zwischen aufliegendem und aufschwimmendem Eis für die Fließdynamik nachgewiesen und Unzulänglichkeiten von konventionellen Modellierungsansätzen aufgezeigt werden. Insbesondere die Verringerung der Fließgeschwindigkeit im Bereich des Aufschwimmens und eine Beschleunigung über das südöstliche Seeufer hinweg widersprechen bisherigen Modellannahmen. Durch die Anwendung der Fluxgate-Methode wurden mittlere Akkumulationsraten für Oberflächensegmente zwischen Lake Vostok und Ridge B und Zeiträume in der Größenordnung von Hunderttausenden Jahren bestimmt. Die Ergebnisse liegen überraschend nahe heutiger Akkumulationsraten im Untersuchungsgebiet. Sie erlauben eine unabhängige Validierung von Modellen, die entscheidend für die paläo-klimatische Interpretation des Vostok-Eiskerns sind. Die Messdaten wurden darüber hinaus durch aus Modellierungen und Fernerkundungsmethoden resultierenden Ergebnissen ergänzt. Basierend auf ICESat-Laseraltimetriedaten wurde ein digitales Höhenmodell de Eisoberfläche für die Lake-Vostok-Region erstellt. Auf der Grundlage der mit kinematischem GPS bestimmten Höhenprofilen konnte die Genauigkeit dieses Modells über dem Seegebiet in der Größenordnung einiger Dezimeter nachgewiesen werden. Das Höhenmodell, ergänzt durch im Vorhaben entstandene regionale Modelle der Eisdicke und des Geoids, bildete die Grundlage für eine quantitative Untersuchung des hydrostatischen Gleichgewichts über dem Subglazialsee. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Oberflächenhöhe der Eisdecke über weite Teile des Seegebiets innerhalb weniger Meter das hydrostatische Gleichgewicht erfüllt. Dieses Ergebnis hat wichtige Konsequenzen für künftige Untersuchungen. Im Ergebnis des Vorhabens, auch unter Einbeziehung früherer und folgender Projekte und den Arbeiten der russischen Projektpartner, hat die Gruppe des Antragstellers einen umfangreichen Beitrag zu Erforschung des Lake-Vostok-Systems geleistet, der auch in insgesamt zehn internationalen Veröffentlichungen dokumentiert ist.
Publications
- (2007). Flow dynamics and mass balance of the ice sheet above the southern part of subglacial Lake Vostok. 10th ISAES, Sta. Barbara CA, USA, 2007
Dietrich, R., Popov, S., Richter, A., Lukin, V., Fritsche, M., Lipenkov, V., Yuskevich, A., Wendt, J., Senatorov, A., Masolov, V.
- (2007). Geodetic, geophysical and glaciological observations around Vostok station and some glaciological implications. International Scientific Conference "Russia in the Int. Polar Year - First Results", Sochi, Russia, 2007
Richter, A., Popov, S., Dietrich, R., Lukin, V., Fritsche, M., Lipenkov, V., Yuskevich, A., Wendt, J., Senatorov, A., Masolov, V.
- (2007). Mass balance of the ice sheet above the southern part of subglacial Lake Vostok based on field observations. AGU Fall Meeting, San Francisco CA, USA, 2007
Richter, A., Popov, S., Dietrich, R., Lukin, V., Fritsche, M., Lipenkov, V., Yuskevich, A., Wendt, J., Senatorov, A., Masolov, V.
- (2008). Flow dynamics and mass balance of the ice sheet in the area of subglacial Lake Vostok. XXIII International Polar Meeting of the German Society of Polar Research Münster, Germany, 2008
Dietrich, R., S. Popov, A. Richter, V. Lukin, M. Fritsche, V. Lipenkov, A. Yuskevich, J. Wendt, A. Matveev, V. Masolov
- (2008). Flow velocities and height changes of the ice sheet above Vostok Subglacial Lake, East Antarctica. XXX SCAR/IASC IPY Open Science Conference, St. Petersburg, Russia, 2008
Richter, A., Popov, S.V., Dietrich, R., Lukin, V.V., Fritsche, M., Lipenkov, V.Ya., Fedorov, D.V., Matveev A.Yu., Wendt, J., Masolov, V.N.
- 2008. Observational evidence on the stability of the hydroglaciological regime of subglacial Lake Vostok. Geophysical Research Letters, 35, L11502
Richter, A., S.V. Popov, R. Dietrich, V.V. Lukin, M. Fritsche, V.Ya. Lipenkov, A.Yu. Matveev, J. Wendt, A.V. Yuskevich and V.N. Masolov
(See online at https://doi.org/10.1029/2008GL033397) - (2012). Ice flow velocities in the region of subglacial Lake Vostok – Results of geodetic GPS observations [Скорости течения ледника в районе подледникового озера Восток – результаты геодезических GPS наблюдения]. XV Russian Glaciological Symposium, Arkhangelsk, Russia, 2012
Richter, A., D.V. Fedorov, M. Fritsche, S.V. Popov, V.Ya. Lipenkov, A.A. Ekaykin, V.V. Lukin, A.Yu Matveev, V.P. Grebnev, R. Dietrich
