Geophysikalische Charakterisierung der Erdkruste und der subglazialen Sedimente in der Umgebung der Aufsetzzone des Ekström-Schelfeises, Ostantarktis, mit Hilfe der Magnetotellurik (PRISTINE)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Tanja Fromm; Privatdozent Dr. Alexander Grayver; Professor Dr. Oliver Ritter
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542003282

Die Charakterisierung der Übergangszone zwischen Eisschild und Schelf und die physikalischen Eigenschaften der subglazialen Gesteine sind ein Schlüssel zum Verständnis der antarktischen Eisdynamik. Trotz ihrer Bedeutung gibt es nur wenige lokale Erkenntnisse über die Aufsetzzonen, die das auf Grund aufliegende Eis von den schwimmenden Eisschelfen trennen und die damit verbundenen Prozesse, wie z.B. das Schmelzen von Hohlräumen und die Charakterisierung von subglazialen Gesteinen, die den basalen Eisfluss steuern. Mit diesem Antrag wollen wir deshalb die elektrische Leitfähigkeit von Sedimenten und Gesteinen unter dem Eisschild mit der Magnetotellurik (MT) bestimmen. Mit der MT misst man die Antwort der Erde auf natürliche, zeitlich veränderliche elektromagnetische Felder, um die Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit im Untergrund zu ermitteln. Die Methode eignet sich besonders für die Antarktis, da sie praktisch keine Auswirkungen auf die Umwelt hat und keine künstlichen Signale erzeugt oder eingespeist werden müssen. Aus diesem Grund haben das AWI und das GFZ während der Feldsaison 2022/2023 ein Multimethoden-Feldexperiment (MT+Seismologie+GNSS) im Bereich der Aufsetzzone des Ekström-Schelfeises in der Ostantarktis durchgeführt, wo Eisströme das Schelf speisen. Insgesamt wurden 19 MT-Stationen mit einem durchschnittlichen Abstand von 5 km gemessen, die Daten von hoher Qualität lieferten. Dies ist der erste MT-Datensatz im gesamten Queen Maud Land. Die Modellierung dieser Daten stellt jedoch eine große Herausforderung dar. Die extremen Leitfähigkeitskontraste zwischen Meerwasser, Eis und Gestein sowie die komplexe Topografie und Bathymetrie des Gesteins stellen für konventionelle numerische Methoden unüberwindbare Hindernisse dar. Deshalb setzen wir unseren neuartigen Finite-Elemente-Löser mit adaptiver lokaler Netzverfeinerung zur Konstruktion der Modelle ein. Eine vorläufige 2D-Leitfähigkeitsmodellierung zeigt deutlich, dass die MT-Daten sehr empfindlich auf den Ozean-Land-Kontakt reagieren, und ein Vergleich zwischen den gemessenen Daten und dem 2D-Modell zeigt bereits bemerkenswerte Ähnlichkeiten in den Hauptkomponenten. Wir stellen jedoch auch signifikante Effekte in den Daten fest, die durch die 2D-Modellierung nicht erklärt werden können und die wahrscheinlich durch noch unbekannte subglaziale geologische Strukturen und nicht modellierte 3D bathymetrische Effekte verursacht werden. Die vollständige Auswertung dieses neuen Datensatzes erfordert daher eine 3D-Modellierungs- und Inversionsstudie sowie systematische Hypothesentests. Wir beabsichtigen auch, Aspekte der Datenverarbeitung zu verbessern, da die hochfrequenten MT-Daten durch die hohen Kontaktwiderstände der Elektroden beeinträchtigt zu sein scheinen, und zu untersuchen, ob Quelleneffekte eine Rolle spielen. Schließlich wollen wir vorhandene seismische Reflexionsdaten neu prozessieren, die dann mit den MT-basierten Untergrundmodellen integriert werden können.

• DFG-Verfahren: Infrastruktur-Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1158: Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Bernd Kulessa