Ice flow dynamics, subglacial hydrology and long-term mass balance at Lake Vostok from the combination of geodetic GNSS observations and radio-echo sounding

• Applicant: Dr.-Ing. Mirko Scheinert
• Subject Area: Geodesy, Photogrammetry, Remote Sensing, Geoinformatics, Cartography ; Geophysics
• Term: from 2016 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 315382723

• Final Report Year: 2022

Final Report Abstract

Das Vorhaben hatte sich zum Ziel gesetzt, neue, messtechnisch fundierte Erkenntnisse zur Eisfließdynamik, Eismassenbilanz und zu subglazialen Prozessen im Gebiet des Vostoksees zu gewinnen. Ein zentraler methodischer Ansatz bestand in einer gezielten Kombination geodätischer, geophysikalischer und glaziologischer in-situ Beobachtungen, ergänzt durch Satellitendatensätze. Ein Fokus lag darauf, einen konkreten Beitrag zur Präzisierung der paläoklimatischen Interpretation des Vostok-Eiskerns zu leisten. Diese Ziele konnten erfüllt werden. Auch wenn die außergewöhnlichen logistischen Bedingungen (Corona-Krise; Einschränkungen in den Operationen der Russischen Antarktisexpedition) in der Projektlaufzeit keine neuen Feldarbeiten im Gebiet des Vostoksees gestatteten, so konnten dennoch die im Laufe zahlreicher früherer Expeditionsteilnahmen sowie in Kooperation mit den russischen Projektpartnern während der Projektlaufzeit erhobenen Messdaten einer umfassenden Analyse und Kombination zugeführt werden. Diese Analyse hat neuartige, belastbare Ergebnisse hervorgebracht, die zur kausal-quantitativen Beschreibung von Prozessen und Zusammenhängen im komplexen System "Lake Vostok" geführt und welche in einer Reihe von Veröffentlichungen in international ausgewiesenen Zeitschriften Niederschlag gefunden haben. Zu den wesentlichen Ergebnissen zählen: neu bestimmte Fließgeschwindigkeiten entlang der Vostok-Fließlinie; fundierte Aussagen zur regionalen Evolution der Oberflächenmassenbilanz und Fließgeschwindigkeit über die letzten 300.000 Jahre; die Validierung der von regionalen Klimamodellen simulierten Oberflächenbilanz im Vostok-Gebiet; die geodätische Bestimmung von Höhenänderungen von Eisoberfläche und Firnpartikeln über dem Vostoksee und deren kausale Erklärung durch den subglazialen, hydrostatischen Ausgleich von Auflastsignalen. Die erzielten Ergebnisse beschränken sich in ihrer Bedeutung jedoch nicht nur auf das Gebiet des Vostoksees, sondern stellen wichtige Beiträge zum Verständnis und Monitoring der Kryosphäre dar. So fanden die aus Messungen über dem Vostoksee bestimmten Korrektionen systematischer Effekte der Laseraltimetermission ICESat Eingang in Massenbilanzschätzungen der polaren Eisschilde, die im Rahmen einer andauernden, groß angelegten internationalen Zusammenarbeit erhoben und veröffentlicht wurden bzw. werden. Im Ergebnis des Vorhabens stellt sich uns der größte subglaziale See der Erde als ein einzigartiges, komplexes System dar, welches höchstwahrscheinlich von einem subglazialen Austausch flüssigen Wassers abgeschnitten ist, welches uns auch in Zukunft wichtige neue Hinweise auf die Klimaevolution vermitteln wird, und dessen gleichmäßige, hydrostatisch ausgeglichene Eisoberfläche hervorragende Bedingungen für die Kalibrierung von Satellitenaltimetern bietet.

Publications

• Validation of satellite altimetry by kinematic GNSS in central East Antarctica. The Cryosphere, 11(3), 1111-1130.
  Schröder, Ludwig; Richter, Andreas; Fedorov, Denis V.; Eberlein, Lutz; Brovkov, Evgeny V.; Popov, Sergey V.; Knöfel, Christoph; Horwath, Martin; Dietrich, Reinhard; Matveev, Alexey Y.; Scheinert, Mirko & Lukin, Valery V.
  
• Geodätische Beiträge zur Erforschung subglazialer Seen in Antarktika am Beispiel des Lake Vostok. Habilitation, TU Dresden
  Richter, A.
  
• Lake Vostok - Ein geowissenschaftliches Portrait eines antarktischen Subglazialsees. Polarforschung, 88 (2), 65-88
  Richter, A.
  
• Underestimation of Snow Accumulation Rate in Central Antarctica (Vostok Station) Derived from Stake Measurements. Russian Meteorology and Hydrology, 45(2), 132-140.
  Ekaykin, A. A.; Teben’kova, N. A.; Lipenkov, V. Ya.; Tchikhatchev, K. B.; Veres, A. N. & Richter, A.
  
• First glaciological investigations at Ridge B, central East Antarctica. Antarctic Science, 33(4), 418-427.
  Ekaykin, Alexey A.; Bolshunov, Alexey V.; Lipenkov, Vladimir Ya.; Scheinert, Mirko; Eberlein, Lutz; Brovkov, Evgeniy; Popov, Sergey V. & Turkeev, Alexey V.
  
• Surface Mass Balance Models Vs. Stake Observations: A Comparison in the Lake Vostok Region, Central East Antarctica. Frontiers in Earth Science, 9(c(2021, 5, 25)).
  Richter, Andreas; Ekaykin, Alexey A.; Willen, Matthias O.; Lipenkov, Vladimir Ya.; Groh, Andreas; Popov, Sergey V.; Scheinert, Mirko; Horwath, Martin & Dietrich, Reinhard
  
• The hydrostatic control of load-induced height changes above subglacial Lake Vostok. Journal of Glaciology (c(2022, 4, 11)), 1-18.
  Richter, Andreas; Schröder, Ludwig; Scheinert, Mirko; Popov, Sergey V.; Groh, Andreas; Willen, Matthias; Horwath, Martin & Dietrich, Reinhard