HYDROLOGISCHE EFFEKTE IN DER TERRESTRISCHEN GRAVIMETRIE. Matthias Weigelt

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "HYDROLOGISCHE EFFEKTE IN DER TERRESTRISCHEN GRAVIMETRIE. Matthias Weigelt"

Juliane Straub
vor 5 Jahren
Abrufe

1 HYDROLOGISCHE EFFEKTE IN DER TERRESTRISCHEN GRAVIMETRIE Matthias Weigelt

2 oder 2

3 oder Gravimeter 3

4 oder Gravimeter Seismologische Station Membach Belgien 4

5 oder Gravimeter Staufen im Breisgau Seismologische Station Membach Belgien 5

6 oder Gravimeter Staufen im Breisgau Seismologische Station Membach Belgien Pyramiden von Gizeh 6

7 Inhalt Gravimetrie Hydrologische Einflüsse Anwendungsbeispiele 7

8 GRAVIMETRIE

9 Methoden der Schweremessung satellitengestützt Schwerefeldmissionen Satellitenaltimetrie SLR terrestrisch Relativ Gravimetrie Absolut Feder Superconducting Freifall Pendel Dynamisch Statisch Shipborne Airborne Terrestrisch Terrestrisch 9

10 Absolute Gravimetrie - Freifallmethode Grundgleichung: Distanzmessung per Laserinterferometrie Zeitmessung mit Atomuhr Genauigkeit: micro-g 10

11 Relative Gravimetrie - Federmethode Prinzip einer generalisierten Hebel-Feder-Waage: Bestimmung von Schweredifferenzen Messung von Positionsänderungen Drift: Scintrex Genauigkeit: Scintrex 11

12 Relative Gravimetrie - Federmethode Prinzip einer generalisierten Hebel-Feder-Waage: Bestimmung von Schweredifferenzen Messung von Positionsänderungen Drift: Scintrex Genauigkeit: Scintrex 12

13 Supraleitende Gravimetrie Gruppe der relativen Gravimeter Messung der magnetischen Rückstellkräfte, um eine Testmasse in Schwebung zu halten Aufbau häufig in Minen oder unterirdischen Bunkern Drift: Genauigkeit: 13

14 Externe Masseneinflüsse AG RG SG Gezeiten (Drittkörperkräfte) Deformationen durch Gezeiten Ozeangezeiten 10 cm 50 cm 1 mm Atmosphärischer Luftdruck 3 mbar 15 mbar 0.03 mbar Hydrologie 2,5cm 12,1cm 0.2mm in Böden Multiplikation mit der Porosität: 14

15 HYDROLOGISCHE EFFEKTE

16 Hydrologie Atmosphärisches Wasser Eis Vegetation Bodenfeuchte Oberflächenwasser Ungesättigte Zone Grundwasser Gesättigte Zone 16

17 Wassertransporte z.b. Atmosphäre Transpiration Schnee Sublimation Transport Aufnahme Niederschlag Evaporation 17

18 Wassertransporte z.b. Atmosphäre Transpiration Schnee Sublimation Transport Aufnahme Niederschlag Evaporation 18

19 Wassertransporte z.b. Atmosphäre Transpiration Schnee Sublimation Transport Aufnahme Niederschlag Evaporation 19

20 Hydrologie z.b. Bodenfeuchte Transport Infiltration Evaporation Schmelze Aufnahme Versickerung 20

21 Hydrologie z.b. Bodenfeuchte Transport Infiltration Evaporation Schmelze Aufnahme Versickerung 21

22 Hydrologie z.b. Bodenfeuchte Transport Infiltration Evaporation Schmelze Aufnahme Versickerung 22

23 Massentransporte Transpiration Niederschlag Schnee Sublimation Aufnahme Evaporation Abfluss Infiltration Schmelze Versickerung Grundwasseraufnahme Grundwasserabfluss nach Creutzfeldt 2010 Oberflächenabfluss 23

24 Schwereeinfluss Bodenfeuchte 24

25 Schwereeinfluss Bodenfeuchte Δg 25

26 Schwereeinfluss Bodenfeuchte 26

27 Schwereeinfluss Bodenfeuchte Δg? 27

28 Newton + Deformation P Potentialfläche g Oberfläche 28

29 Newton + Deformation P Potentialfläche g Oberfläche 29

30 Newton + Deformation P Potentialfläche g Oberfläche 30

31 Newton + Deformation P Potentialfläche g Oberfläche 31

32 Newton + Deformation P Potentialfläche g Oberfläche mit 32

33 Räumliche Skalen für nach einer Studie von Llubes et al. (2004) Unterteilung in drei Gebietsgrößen Richtlinie für Absolut- und (transportable) Relativgravimeter Gebiet Skala Schwere lokal < 10 km Direkter Effekt regional < 600 km - global > 600 km Indirekte Effekte + Auflasten 33

34 Räumliche Skalen für nach einer Studie von Llubes et al. (2004) Unterteilung in drei Gebietsgrößen Richtlinie für Supraleitende Gravimeter Gebiet Skala Schwere lokal < 10 km Direkter Effekt regional global < 600 km > 600 km Direkter Effekt + Indirekte Effekte + Auflasten Direkter Effekt + Indirekte Effekte + Auflasten 34

35 ANWENDUNGSBEISPIELE

36 Supraleitende Gravimetrie Station Membach Studie von Van Camp et al. (2006) Untersuchung des Einflusses hydrologischer Effekte auf Messungen eines supraleitenden Gravimeters Anwendung im Sinne einer Korrektion an die Messungen Residuen nach Abzug aller bekannten Störeffekte 36

37 Lokale Modellierung Zusätzliche Messungen: Wasserstände von Wasserreservoirs Niederschlagsmengen Lokale Petrologie mittels Tomography Bodenfeuchte Digitales Geländemodell 37

38 Supraleitende Gravimetrie Station Membach 38

39 Supraleitende Gravimetrie & Hydrologie Studie von Creutzfeld (2010): Kalibration von hydrologischen Modellen mittels supraleitender Gravimetrie Vorteil: Kalibration mit integralem Signal Nachteil: Trennung von Quellen und Variationen einzelner Komponenten nicht möglich 39

40 Supraleitende Gravimetrie & Hydrologie Studie von Creutzfeld (2010): Kalibration von hydrologischen Modellen mittels supraleitender Gravimetrie Vorteil: Kalibration mit integralem Signal Nachteil: Trennung von Quellen und Variationen einzelner Komponenten nicht möglich 40

41 Geothermieunfall Staufen Gipskeuper WDR 41

42 Geothermieunfall Staufen Gipskeuper WDR 42

43 Geothermieunfall Staufen Gipskeuper WDR 43

44 Geothermieunfall Staufen - Schäden Maximale Hebung: 30cm 247 Häuser schwer beschädigt Kosten 50+ Millionen Euro 44

45 Messkampagne Staufen 45

46 Ein hydrologischer Effekt der anderen Art 46

47 Ein hydrologischer Effekt der anderen Art Theorie von Jean-Pierre Houdin (2002) 47

48 Ein hydrologischer Effekt der anderen Art Theorie von Jean-Pierre Houdin (2002) 48

49 Messung in der unvollendeten Grabkammer 49

50 Gizeh heute und damals 50

51 Gizeh heute und damals 51

52 Gizeh heute und damals 52

53 Messung

54 Zusammenfassung Gravimeter sind heutzutage in der Lage, hydrologisch induzierte Massentransporte zu messen. Die hydrologischen Teilsysteme haben ein komplexe Interaktionen, die noch nicht (vollständig) verstanden sind. Someone s noise is another one s signal. Hydrologische Phänomene sollten/können nicht unabhängig von ihrer Umgebung betrachtet werden. 54

Ähnliche Dokumente

Neue Verfahren zur Erfassung unterirdischer Wasserressourcen

Neue Verfahren zur Erfassung unterirdischer Wasserressourcen Andreas Güntner Deutsches GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) Sektion 5.4 Hydrologie Wettzell, 16.05.2013 Die Erde: Der Blaue Planet Wasser bedeckt