Geodynamik des ost-alpinen und mediterranen Bereichs 1.Plattentektonik (allgemein) 2.Referenznetze (IGS,EUREF,CEGRN,...) 3.Terrestrische Bezugssysteme

Geodynamik des ost-alpinen und Geodynamik des ost-alpinen und mediterranen Bereichsmediterranen Bereichs

1. Plattentektonik (allgemein)2. Referenznetze (IGS,EUREF,CEGRN, ...)3. Terrestrische Bezugssysteme4. Der ost-alpin/mediterrane Bereich5. Die adriatische Mikroplatte (IDNDR)6. Das österreichische Überwachungsnetz7. Nouvel --- GPS/Laser/VLBI8. GPS-Höhen -- Meteorologie9. Fallstudie Bovec-Tolmin (1998)10. Fallstudie Hafelekar (Innsbruck)11. Das EU Projekt CERGOP-2/Environment12. Schlussfolgerungen und Zukunft

Plattentektonik (allgemein)Plattentektonik (allgemein)

Einige grundsätzliche Überlegungen

• Das Zustandekommen von tektonischen Bewegungen bedingt Energieaufwand. Welche „Energiearten“ sind verfügbar ?

• Thermische Energie (grundsätzlich durch nukleare Prozesse aufgebaut): Bedingt durch den Abkühlungsprozess des Erdkörpers (thermisches Gleichgewicht)

• Bewegungsenergie: Erdrotation, Gravitation, Meteoriteneinschläge

• Reibungsprozesse verlangsamen und konvertieren Bewegungs-energie wieder in thermische Energie

• Die Grundfrage: Welche Mechanismen setzen Wärme in Bewegung um (gleich einer Dampfmaschine). Welche Bedeutung ist Meteoriteneinschlägen zuzumessen ?


Die Bewegung der Kontinente ist existent !

1. Plattentektonik (allgemein)


Plattengeschwindigkeiten – Korrelation mit Grabenstruktur



Treibende Kräfte (edge forces)


Verzahnung Lithosphäre-Mantel, (basal forces)



Plattengeschwindigkeiten im System “hotspot”



Mögliche Mechanismen zur Bildung von Gräben bzw. zur Auffaltung von Gebirgen



Übersicht über das globale Spannungsfeld





Größere eruptive Gebiete



Einige abschließende Bemerkungen

• Die derzeitigen Modelle können kinematische Aspekte zwar nicht ausreichend aber doch befriedigend erklären.

• Die zugrundeliegenden Kräfte werden zwar erkannt, die physikalischen Randbedingungen sind jedoch weitgehend unbekannt.

• Ausgehend von der notwendigen Voraussetzung, dass die Beschreibung von Kräften universellen Charakter hat und allzeit gültig ist, geben Untersuchungen in regionalen Bereichen wertvolle „test-beds“ für grundsätzliche Überlegungen für die qualitative und quantitative Formulierung unter bestimmten Nebenbedingungen.

• Methoden der Satellitengeodäsie verkürzen den Beobachtungszeit-raum auf „menschliche“ Dimensionen.

Referenznetze (IGS,EUREF,CEGRN, ...)

• Referenznetze bestehen aus permanent messenden GPS-Basisstationen, für die wöchentlich Koordinaten berechnet werden.

• Zusätzlich werden etwa im Jahresrhythmus sogenannte Epoch-Stationen beobachtet.

• Das globale GPS Referenznetz IGS besteht aus mehr als 200 global verteilten Stationen

• In Europa (EUREF) werden mehr als 100 Stationen betrieben

• CEGRN verfügt über etwa 30 Stationen

Referenznetze (IGS,EUREF,CEGRN, ...)

Terrestrische Bezugssysteme

Allgemeines

• Terrestrische Bezugssysteme bestehen aus einem Satz von geozentrischen Koordinaten definiert für eine bestimmte Epoche.

• Sie werden meist auf den Jahresanfang bezogen (z.B. ETRF-1989,ETRF-2000, ITRF-2000).

• Für die Praxis ist in Europa ETRF-1989 verbindlich, da die Wirtschaft mit einem ständig wechselnden System nichts anfangen kann.

• Sollte die Schmerzgrenze erreicht werden, ist eine Neudefinition erforderlich.

Terrestrische Bezugssysteme

Wissenschaft

• Aus Koordinatenänderungen werden Geschwindig-keiten abgeleitet und zu örtlich und zeitlich variablen Geschwindigkeitsfeldern zusammengefasst (Geo-Kinematik)

• Die Analyse von Geschwindigkeitsänderungen führt zur Geodynamik (Beschleunigungen)

• Erst damit wird es möglich, nicht nur Bestandsauf-nahmen sondern auch Ursachenforschung zu betreiben (Kräfte, Energietransport), eine unabdingbare Voraussetzung für das Verständnis der Vorgänge und eventuelle Prädiktion.

Der ost-alpin/mediterrane Bereich

Die adriatische Mikroplatte (IDNDR)

•Ein Teilstück der zahlreichen Mikroplatten im Kollisionsbereich der afrikanischen und der eurasischen Kontintalplatte

•Nord-west Bewegung führte zum Aufbau der Alpen (noch nicht ageschlossen)

•Seismische Aktivitäten entlang der Berandung (z.B. Skoplje, Friaul, Umbrien, Bovec) und Vulkanismus (Vesuv, Ätna, Stromboli)

•Verantwortlich für Seismik in Österreich


• Frage: Wo ist die derzeit aktive nördliche Be-randung dieser Mikroplatte (periadriatische Naht)

•Geschichtlich: Bergsturz Dobratsch, Erdbeben in Friaul, Erdbeben Bovec

•Das Projekt „Krustendynamik“ verfolgt seit 1993 im Rahmen von IDNDR diese Fragestellung

•Erstvermessungen 1993 und verdichtet 1994 und 1995 (Nullmessungen)


• Frage: Wo sind die nächsten Erdbeben zu erwarten ?

•Nach dem geschichtlichen „Südtrend“ scheint sich der aktive Teil entlang der Idrija Falte nach Osten zu bewegen, mit Zielrichtung Ljubljana.

•Daher konzentriert sich die Überwachungstätig-keit derzeit auf Westslowenien und den Apennin (Umbrien)

Das österreichische Überwachungsnetz

http://gps.iwf.oeaw.ac.at


Graz – Lustbühel Pfänder - Bregenz


Hafelekar Patscherkofel


Reisseck Gaisberg - Salzburg


Rottenmann Hahnenkamm - Kitzbühel


Was machen wir mit den Daten: Datenfluss und Berechnungen

•Automatischer Transfer nach Graz ( 1 h und 24 h)

•Tägliche und wöchentliche Koordinatenberechnun-gen

•Zeitreihen, welche die Koordinatenänderungen der Stationen über lange Zeiträume dokumentieren

•Analyse der Zeitreihen


Zeitreihe für Graz-Lustbühel

Nouvel --- GPS/Laser/VLBI

•Bewegungsmodelle bisher: Geschichte, Geologie, Geophysik, Seismik (Genauigkeit etwa 2 cm/Jahr)

•Bewegungsmodelle heute: Aus Satellitenmessungen (Genauigkeit 2-5 mm/Jahr)

•Entscheidung für Europa (Juni 2001): Die Geschwindigkeiten abgeleitet aus den Änderungen in den Referenzsystemen ersetzen die Modellgeschwindigeiten)


Eurasische/Amerikanische Kontinentalplatte


Adriatische Mikroplatte


Hebungserscheinungen in Skandinavien

GPS-Höhen -- Meteorologie

Zeitreihe Graz – GPS-Höhen


• Die Satellitensignale werden durch den Einfluss der Ionosphäre und der Troposphäre (Druck, Temperatur, Feuchte) systematisch verzögert.

• Dieser Einfluss schlägt sich in der Höhenkomponen-te nieder.

• Druck kann ausreichend modelliert werden, Feuchte und Höhe sind stark korreliert.

• Höhenänderungen sind statisch, Feuchteänderungen dynamisch – Dekorrelierung möglich

• Anwendung: Schätzung des Wasserdampfgehaltes über der Station – Nutzung dieses Produktes für digitale Wettervorhersagemodelle.

• Erforderlich: Quasi-Echtzeit Bestimmung im halb- oder einstündigen Takt.



• Ziel: Verbesserung der Höhenbestimmung um einen Faktor 3 zur genaueren Bestimmung von Hebungen und Senkungen.

• Messungen bis in Horizontnähe (5 Grad) ; L2 ?• Messungen von meteorologischen Bodendaten für die

Klimaforschung.• Lieferung von halbstündigen Schätzungen der

summarischen Verzögerung in Zenitrichtung• Einführung von elevationsabhängigen Modellen

(Gradienten).• Schätzung der Abhängigkeit vom Azimut (vor allem bei

Stationen mit unterschiedlicher Umgebung – e.g. Küstenstationen)

Fallstudie Bovec-Tolmin (1998)

• Warum wurde dieses Gebiet ausgewählt ?• Nullmessungen 1994 und 1995• Erdbeben im Gebiet Bovec-Kobarid am Ostersonntag

1998 mit starken Zerstörungen• Nachmessungen und weitere Verdichtung des Netzes

im August 1998• Genauigkeit der Auswertung: besser als 5 mm in der

Lage.• Ergebnisse: Signifikante, jedoch unterschiedliche

Horizontalbewegungen von bis zu 2.5 cm in 3 Jahren• Feststellung von Geschwindigkeitsgradienten

(Beschleunigungen, Energietransfer)


Im Bereich Westslowenien und Friaul

gemessene Stationen


Nachgemessene Stationen (rot)

Neu gemessene Stationen (grün)


Rot:

Lageänderungen

Blau:

Höhenänderungen

Skalierung:

Rot (RIBN) ent-

spricht 2.5 cm

Fallstudie Hafelekar (Innsbruck)


• Periodische Lageänderungen mit saisonaler Abhängigkeit (max 2 cm)

• Was ist der Grund ?• Stabilität des Betonfundamentes• Stabilität des Gipfelaufbaues• Bewegung der Nordkette als Teil oder als

Gesamtes• Die identisch ausgestattete Zwillingsstation am

Patscherkofel zeigt keine Bewegungen• Die gemessenen Bewegungen wurden relativ zu

2 unabhängigen Stationen fast identisch festgestellt.


1. ddddd


Notwendige Maßnahmen (IDNDR Projekt)

• Stabile Vermarkung von 3 zusätzlichen Messstationen im Gipfelbereich (Fundament), am Hafelekarsattel (Gipfelaufbau) und auf der Seegrube (Nordkette)

• Messungen während 2 Jahren im Vierteljahrestakt (24 Stunden)

• Erste Messungen im Oktober 2001

• Lehre: Die Überwachung der lokalen Stabilität der Antenne ist entscheidend für eine sichere geodynamische Interpretation.

Das EU Projekt CERGOP-2/Environment


Das EU Projekt CERGOP-2/Environment

• Bestimmung eines Geschwindigkeitsfeldes in 13 Ländern der Zentraleuropäischen Initiative als Grundlage für geodynamische Untersuchungen

• Ermittlung des Spannungsfeldes sowie der Mechanismen, die zu Energieaufbau führen (als Grundlage für mögliche Erdbebenprädiktion und Frühwarnung

• Methode:GPS-Messungen (60-100 Stationen); Auswertungen; lokale Analysen; Filterung von Zeitreihen; lokale Untersuchungen in 7 ausgewiesenen, seismisch aktiven Regionen; höchste Sorgsamkeit.

Die Messung des Millimeters wird bald Realität sein. Diese Genauigkeit über eine Dekade zu halten, das ist das Problem.

Schlussfolgerungen und Zukunft

• Während der letzten Dekade und vor allem der letzten 5 Jahre konnte die Genauigkeit der Koordinatenbestim-mung über GPS in den mm-Bereich verschoben werden.

• Plattenbewegungen von unter 5 mm/Jahr können damit bereits in kurzen Zeiträumen festgestellt werden.

• Modelle werden durch aktuelle gesicherte Messungen ersetzt.

• Die Frage „what and where“ geht einer befriedigenden Lösung entgegen, die Frage „why and how“ steht nun im Vordergrund aller weiteren Bemühungen.

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Geodynamik des ost-alpinen und mediterranen Bereichs 1.Plattentektonik (allgemein) 2.Referenznetze (IGS,EUREF,CEGRN,...) 3.Terrestrische Bezugssysteme