Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

Gravimetric determination of the solid-earth response to ice-mass changes in southern Patagonia

Gravimetrische Bestimmung der Reaktion der festen Erde auf Eismassenänderungen in Süd-Patagonien

Projektpartner:

  • Bundesamt für Kartographie und Geodäsie, Referat G4, Metrologie der Schwere
  • TU Dresden, Institut für Planetare Geodäsie

Unterstützende Partner:

  • Argentinean-German Geodetic Observatory, Argentinien
  • Universidad Nacional de La Plata, Facultad de Ciencas Astronómicas y Geofísicas, Argentinien
  • Ministerio de Defensa, Instituto Geográfico Nacional, Argentinien

Laufzeit:  2019-2022

Beschreibung:

Das Bild zeigt ein SCINTREX CG5 Relativgravimeter und im Hintergrund ein Bergpanorama Relativgravimetrie mit einem SCINTREX CG5 Relativgravimeter am Messpunkt El Chaltén, Relative gravimetry using a SCINTEX CG5 relative gravimeter at location El Chaltén

Im Rahmen des Projektes sollen gravimetrische Messungen in der Region des Südlichen Patagonischen Eisfeldes durchgeführt und interpretiert werden. Im Rahmen bisheriger Arbeiten der Antragsteller wurde eine außergewöhnlich große Krustenhebung in dieser Region festgestellt. Diese Deformation wird durch die Reaktion der festen Erde auf vergangene und heutige Eismassenänderungen der Patagonischen Eisfelder hervorgerufen. Während die zur heutigen Zeit andauernde Reaktion auf vergangene Änderungen als glazial-isostatischer Ausgleich (GIA) bezeichnet wird, sind derzeitige Eismassenänderungen für eine sofortige elastische Reaktion verantwortlich. Geodätische Messungen der entsprechenden Effekte liefern entscheidende Randbedingungen, um regionale GIA-Modelle zu verbessern, indem Rückschlüsse sowohl auf die Rheologie der festen Erde als auch auf die klimatisch bedingte Eismassenänderung ermöglicht werden. Mit der wiederholten Absolutgravimetrie steht dabei eine geodätische Beobachtungstechnik zur Verfügung, die sich in anderen Regionen bereits als überaus geeignet für die erfolgreiche Bestimmung von GIA-Effekten herausgestellt hat. Im Bereich der patagonischen Eisfelder jedoch wurde diese Technik bisher nicht angewendet. Im Rahmen des Projekts sollen deshalb in drei Kampagnen wiederholte Messungen eines aus acht Messpunkten bestehenden regionalen Netzes mit einem Absolutgravimeter vom Typ FG5 durchgeführt werden. Aus diesen Messungen werden Schwereänderungen an der Oberfläche abgeleitet. Diese dienen als unabhängige Observablendes kombinierten Effekts aus GIA und elastischer Reaktion und werden somit eine Lücke zwischen der Satellitengravimetrie (Daten der Missionen GRACE und GRACE-FO) und geodätischen GNSS-Messungen schließen. Die Oberflächen-Schwereänderungen werden für eine Interpretation gemeinsam mit den bereits durch die Antragsteller abgeleiteten Hebungsraten und den satellitengravimetrischen Ergebnissen genutzt. Diese Analyse wird unsere Kenntnis über die mit der Deformation der festen Erde verbundenen Massenänderungen verbessern. Dabei wird eine erfolgreiche Separation der Signale aufgrund der Massenänderung im Erdinneren und der Massenänderung aufgrund des rapide ablaufenden Eisrückzugs dabei helfen, die Modellierung der festen Erde (der visko-elastischen Rheologie) zu verbessern und heutige Eismassenänderungen mit einer gegenüber der Satellitengravimetrie höheren Auflösung zu erfassen. Die Ursachen des außergewöhnlich hohen GIA-Signals im Bereich des Südlichen Patagonischen Eisfelds besser zu erklären wird außerdem dabei helfen, die sogar noch höheren Hebungsraten in der Region des Amundsenmeeres, Westantarktika, besser zu verstehen. Das Projekt wird von der Synergie profitieren, die sich aus der Verfügbarkeit des Absolutgravimeters FG5-227 des BKG am Argentinisch-Deutschen Geodätischen Observatorium (AGGO) ergibt.

Summary:

Das Bild zeigt die Beoachtungshütte für Absolutschweremessungen im Nationalpark Los Glaciares Absolutschweremesspunkt in einer Beobachtungshütte des Nationalparks Los Glaciares an der Estancia Helsingfors/ Absolute gravity observation location in an observation hut of the Los Glaciares National Park at Estancia Helsingfors

The proposal aims at the realization and interpretation of gravimetric observations in the region of the Southern Patagonian Icefield (southernmost South America). In the course of previous investigations conducted by the applicants an exceptionally intensive crustal uplift was inferred in this region. This deformation is caused by the response of the solid Earth to past and present ice-mass changes of the Patagonian icefields. Whereas the presently ongoing response to past changes is assigned by glacial-isostatic adjustment (GIA), present-day ice-mass changes cause an immediate elastic response. Geodetic observations of the respective effects are crucial to improve regional GIA models by providing unique insights into both the rheology of the solid Earth and the climatically driven ice-mass evolution. Repeated absolute gravimetry was proven to be a geodetic observation technique suitable for a successful determination of GIA in many other regions. However, in the region of the Patagonian icefields absolute gravity measurements have not been initiated yet. The project proposes to carry out a repeated observation of a regional network of eight sites using a FG5 absolute gravity meter during three field campaigns. Surface gravity changes over time will be derived from these observations. These will serve as an independent observable of GIA and elastic effects, closing a gap between satellite gravimetry data (GRACE and GRACE-FO missions) and the uplift rates derived by geodetic GNSS observations. The observed surface gravity changes will form the basis for a joint interpretation incorporating both the deformation rates already determined by the applicants and GRACE-FO satellite gravimetry. The interpretation will shed light on the mass distributions that accompany the deformation of the solid Earth. The separation between mass signals originating from the interior of the Earth and from the rapidly retreating ice will result in a substantial improvement of regional visco-elastic Earth models, in a better understanding of the rheological structure and of the present-day ice-mass change pattern with a spatial resolution superior to satellite gravimetry. Understanding the causes for the exceptional intensity of GIA in the region of the Southern Patagonian Icefield will help to also explain even faster uplift processes observed in the Amundsen Sea Embayment (West Antarctica). The project will benefit from the synergy with the current presence of BKG's FG5-227 gravity meter at the Argentine-German Geodetic Observatory (AGGO).

Das Bild zeigt die Gletscherzunge des Perito Moreno Gletschers Gletscherzunge des Perito Moreno Gletschers, einem Ausflussgletscher des Südlichen Patagonischen Eisfelds/ Glacier tongue of Perito Moreno, an outlet glacier of the Southern Patagonian Icefield

Link DFG: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/426109121