SPP 1257: Massentransporte und Massenverteilung im System Erde
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Schwerefeld der Erde ist ein Indikator für die Massenverteilung in der Atmosphäre, an der Erdoberfläche sowie innerhalb der Erdkruste und des Erdmantels. Massenverlagerungen, die im Allgemeinen auch mit einer Veränderung der Geometrie von Erd- und Meeresoberfläche einhergehen, verursachen Änderungen des Schwerefeldes, die wiederum die Bahnen von Erdsatelliten beinflussen und so messbar werden. Solche großräumigen Massenverlagerungen können durch Meeresströmungen, durch Änderungen der Bodenfeuchte und der Grundwasserspeicherung, durch das Abschmelzen kontinentaler Eisschilde und Gletscher, durch Veränderungen im Abfluss von Flusssystemen, durch Änderungen des Meeresspiegels und durch Konvektionsströme im Erdmantel verursacht sein. Erdsatelliten wie die ESA-Mission GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) und die NASA/DLR-Mission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) messen seit einigen Jahren mit neuartigen präzisen Sensoren das inhomogene Schwerefeld in seiner globalen Verteilung und in zeitlich hoher Auflösung aus. Gleichzeitig können die Geometrie der Erdund Meeresoberfläche und ihre zeitliche Veränderung mit Fernerkundungs- und Radaraltimetersatelliten und mit Hilfe der präzisen Methoden der globalen Navigations-Satellitensysteme erfasst werden. Jedoch wurde das Potential dieser Messungen bislang nicht vollständig realisiert. Zeil des Schwerpunktprogramms SPP1257 war es daher, einen Durchbruch bei der Bestimmung von Massentransporten und Massenverteilungen und im Verständnis der zugrunde liegenden dynamischen Prozesse zu erzielen. Dabei wurden die folgenden Massensignale und -prozesse untersucht und gegenseitig in Beziehung gesetzt: (1) absolute Transporte in den Ozeanen und ihre zeitlichen Variationen, (2) Variationen der globalen kontinentalen Wasserspeicher und ihre Austauschbeziehungen, (3) Massenbilanzen der Eiskappen und Gletscher, (4) globale und regionale Meeresspiegeländerungen, (5) stationäre und zeitabhängige Dynamik des Erdinneren, und (6) Struktur der Lithosphäre und der Oberflächenprozesse. In all diesen Forschungsbereichen wurden durch das SPP1257 fundamentale Fragen adressiert und beantwortet. Die genannten Prozesse sind eng miteinander verknüpft durch Massenaustauschvorgänge zwischen den Ozeanen, den Eisgebieten, den Kontinenten und der Atmosphäre und durch deren Antriebsmechanismen. Aus diesem Grunde musste die integrierte und interdisziplinäre Erdsystemmodellierung eine wichtige Rolle im SPP1257 spielen. Im SPP1257 haben Arbeitsgruppen etwa 30 deutscher Universitäten und Forschungseinrichtungen unter Beteiligung ausländischer Wissenschaftler für 6 Jahre in einem stark interdisziplinär geprägten Programm zusammengearbeitet. Die Themenlinien des Programms waren dabei: (1) Understanding the satellite signals; hier ging es um Aspekte die etwa die Unsicherheit, Auflösung, Konsistenz und Signaltrennung der Satellitendaten betreffen – an Bord der Satellitenmissionen GRACE, GOCE oder Cryosat-2 wurden völlig neuartige Messinstrumente geflogen, deren tatächliche Performance im Weltraum zu Beginn des Programms nicht genau vorhersehbar war (2) Steady-state and long-term signals; darunter sind Signale zu verstehen, die aus Krustenstrukturen und Mantelkonvektionen, Meerestopographie, langzeitigen Massenvariationen, postglazialer Landhebung, Eisschmelze und Meeresspiegelanstieg resultieren, und (3) Short-term processes; hier wurden Signale erforscht, die mit Veränderungen im globalen hydrologischen Wasserkreislauf, Wassermassenvariationen in den Ozeanen, der Kryposphäre und der kontinentaler Hydrologie, oder mit den Gezeiten zusammenhängen. Die Ergebnisse des SPP1257 sind u.a. von grundlegender Bedeutung für das Verständnis und die Vorhersage des globalen Klimasystems und des terrestrischen und ozeanischen Wasserkreislaufes. Zahlreiche neue Einsichten in die beteiligten Prozesse, die für die Stabilität und die Variabilität unseres Klimas verantwortlich sind, wurden erzielt.
