D3 Geodäsie und Verformung

Thema

Die moderne Geodäsie misst mit millimetergenauer Präzision – oder sogar noch genauer – Position, Form und Verformung der Erdoberfläche. Ein kontinuierliches Satellitenpositionierungssystem ermöglicht es, die Bewegung tektonischer Platten nahezu in Echtzeit zu bestimmen, die Verformung einer aktiven Verwerfung sowohl während eines Erdbebens als auch in den Jahren zwischen den Beben zu überwachen und die Aufblähung oder Entleerung eines Vulkans vor einem Ausbruch zu erkennen.

Ein kontinuierliches Satellitenpositionierungsnetzwerk mit Dutzenden oder sogar Hunderten von Stationen, die um eine aktive Verwerfung verteilt sind, liefert ein Geschwindigkeitsfeld für die gesamte Region. Dieses Geschwindigkeitsfeld wird mathematisch invertiert, um die Tiefenverteilung der Verwerfungsverschiebung zu bestimmen.

Eine interferometrische Radartechnik kombiniert die Phasen mehrerer Radarbilder, die von Satelliten über demselben Gebiet an verschiedenen Tagen aufgenommen wurden. Die Phasendifferenz zwischen je zwei dieser Aufnahmen kodiert die Verschiebung der Erdoberfläche in der exakten Beobachtungsrichtung des Satelliten – mit millimetergenauer Präzision über Gebiete von Tausenden von Quadratkilometern. Diese interferometrische Radartechnik ist die leistungsstärkste Methode zur Kartierung von Bodensenkungen, vulkanischer Aufblähung, langsamem Gleiten und seismischer Deformation im regionalen Maßstab.

Differenzielle Gravimetrie misst in Verbindung mit einer Satellitengravimetrie-Mission Variationen des Erdgravitationsfeldes. Diese Variationen spiegeln direkt die Veränderungen der Massenverteilung im Untergrund wider: die Grundwasserneubildung, das Abschmelzen eines Gletschers, die Bodensenkung oder die isostatische Hebung der Erdkruste. Das Prinzip dieser Gravimetrie beruht darauf, dass die an einem Punkt gemessene Gravitationsbeschleunigung davon abhängt, wie sich das Gravitationspotenzial zwischen diesem Punkt und einem nahegelegenen Punkt ändert. Dieses Potenzial ergibt sich wiederum aus der Summe der Beiträge aller Massen im umgebenden Volumen.

Das zu erwartende Verhalten ist, dass die Integration von kontinuierlicher Satellitenpositionierung, interferometrischer Radartechnik und Gravimetrie ein vollständiges, dreidimensionales Bild der Deformation der Erdoberfläche liefert, während jede dieser Methoden einzeln nur eine Komponente oder eine Teilprojektion derselben Deformation misst und somit die Verbindung zwischen der Millimetergenauigkeit, mit der diese Beschreibung begann, und dem vollständigen Bild, das die moderne Geodäsie durch die Kombination ihrer verschiedenen Methoden rekonstruieren kann, schließt.

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