Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

im Wärmehaushalt zurückgeführt werden können und (2)
den Eintrag von Wassermassen z. B. durch das Schmelzen
von Gletschern und polaren Eismassen. Der Verlauf
dieser beiden Faktoren, ihre Wechselwirkungen und ihre
regionalen Auswirkungen sind nur unzureichend geklärt.
Die Untersuchung der zeitvariablen Schwerefelddaten aus
GRACE zusammen mit den absoluten Änderungen des
Meeresspiegels eröffnet erstmalig die Möglichkeit, die
typischen räumlich-zeitlichen Skalen der beiden Komponenten
zu untersuchen.
Bei den aus GRACE abgeleiteten Massenschwankungen
über dem Ozean handelt es sich um einen neuartigen
Datensatz, der sich nur sehr eingeschränkt mit unabhängigen
Messungen validieren lässt. Ein Vergleichsdatensatz
lässt sich aus Zeitreihen des absoluten und des dichteabhängigen
Meeresspiegels erstellen. Ersterer kann aus
Altimetermessungen, zweiterer aus vertikalen Temperatur-
und Salzgehaltsprofilen bestimmt werden. Um zeitlich
und räumlich gut aufgelöste Informationen über die
Dichteverteilung im Weltozean zu erhalten, wird seit 2000
an dem internationalen ARGO-Projekt (Array for Real
time Geostrophic Oceanography) gearbeitet. Es besteht
aus einer Flotte von autonomen Driftern, die sich überwiegend
auf einer Tiefe von 2.000 m aufhalten und alle
zehn Tage an die Oberfläche steigen, um von dort ihre
Daten an einen Satelliten zu senden. Für den Atlantischen
Ozean liegen bereits für 2003 und 2004 genügend Daten
vor, um den Anteil von Änderungen der Dichte an denen
des Meeresspiegels monatlich bestimmen zu können.
Erste Vergleiche der drei Datensätze zeigen eine qualitative
Übereinstimmung zwischen den einerseits aus
GRACE-Daten und andererseits aus Altimeter- und In-
Situ-Daten abgeleiteten Massenvariationen im Atlantik.
Erdrotation
Prozesse im Erdkern und Erdrotationsvariationen
Die Kenntnis des geomagnetischen Felds in der Kern-
Mantel-Übergangszone ist Voraussetzung für eine Model-
lierung des Einflusses von Prozessen im Erdkern auf die
Erdrotation. Eine direkte Bestimmung von kurzperiodischen
bis dekadischen Feldvariationen mit Dynamomodellen
ist momentan nicht möglich. Mit Hilfe einer im
GFZ Potsdam entwickelten Methode der strengen Inversion
globaler geomagnetischer Daten („nichtharmonische
Feldfortsetzung“) gelingt es aber, das geomagnetische
Feld nahe der Kern-Mantel-Grenze (KMG) aus dem beobachteten
Feld auch unter der Annahme zu bestimmen, dass
zwischen der Erdoberfläche und dem Zielort der Feldfortsetzung
elektrisch leitfähige Schichten liegen, die die
Feldvariationen beeinflussen. Die entsprechenden Untersuchungen
wurden mit neuen satellitengestützten und
zeitlich höher als bisher aufgelösten Felddaten (Monatsmittel)
fortgesetzt. Abbildung 1.46 zeigt ein Beispiel einer
Feldfortsetzung mit neuen Daten.
Während in früheren Untersuchungen vorwiegend die
Einsatzmöglichkeiten und Grenzen der Methode in
Abhängigkeit von verschiedenen Leitfähigkeitsmodellen
bestimmt wurden, liegen nun die Schwerpunkte auf der
Bestimmung physikalischer Größen und dem Studium des
Zeitverhaltens des Magnetfeldes an der KMG. Die dazu
notwendigen Untersuchungen wurden in Kooperation mit
den Sektionen 2.3 und 5.3 des GeoForschungsZentrums
durchgeführt.
Durch Inversion einer Näherung der Induktionsgleichung,
der sogenannten frozen-flux Gleichung, wurde
das Geschwindigkeitsfeld des flüssigen Kerns an dessen
Oberfläche im Zeitraum von 1980 bis 2000 berechnet.
Früher wurden die dazu notwendigen Magnetfelder
an der KMG durch eine harmonische Feldfortsetzung
bestimmt, die nur in Nichtleitern anwendbar ist. Die
Ergebnisse mit der neuen Methode wurden nach zwei
Aspekten untersucht. Es war von Interesse, ob sich die
neue Feldfortsetzungsmethode auf die Bestimmung der
Kerngeschwindigkeit auswirkt und welche Bewegungsstrukturen
auf der Kernoberfläche erkennbar sind.
Abb. 1.47 zeigt ein Beispiel des Geschwindigkeitsfeldes
für das Jahr 1991.
Abb. 1.46: Zwei Bilder der Radialkomponente Br des geomagnetischen Feldes als Beispiel für die Feldfortsetzungsmethode
mit neuen Daten des GFZ Potsdam. Die detaillierten Strukturen an der KMG entstehen, weil höhere Grade
der Kugelfunktionsentwicklung bei der Fortsetzung mehr verstärkt werden als niedrige.
Two maps of the radial component Br of the geomagnetic field as an example for the field continuation with new data
of GFZ Potsdam. The more detailed structures at the core-mantle boundary (CMG) are produced because higher degrees
of the spherical harmonic expansion are stronger amplified than lower ones.
Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam
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