Rezente Geodynamik Oberrheingraben

Ableitung von Oberflächenbewegungen aus Nivellement, GNSS und SAR-Interferometrie
Hintergrund

Der Oberrheingaben (ORG) ist Deutschlands prominentester Teil des Europäischen Riftsystems, das den gesamten Kontinent von der Nordsee bis ins Mittelmeer durchzieht.  Die Hauptentstehungsphase des ORG ist im Eozän bis ins Miozän, also vor etwa 50 bis 20 Mio. Jahren.

Wohingegen im Eozän eine dominierende in nordwest-südostverlaufende Dehnung des ORG zu beobachten ist, liegt heute eine sinistrale Blattverschiebung vor. Auswertungen von GNSS-Zeitreihen (Global Navigation Satellite Systems), Nivellement und interferometrischen Radaraufnahmen (InSAR) am GIK zeigen, dass noch heute eine tektonisch bedingte Absenkung des Grabeninneren von 0,5 bis 0,8 mm/a besteht. Auch die vertikalen Oberflächengeschwindigkeiten liegen im Bereich von Sub-mm/a.

Stand der Forschung

Die einzelnen geodätischen Verfahren – InSAR, Nivellement und GNSS – bringen bestimmte Vor- und Nachteile, teilweise komplementärer Art, mit sich. Am GIK wird daran gearbeitet, eine Methodik zur Fusion dieser Verfahren zu entwickeln und zu verbessern, um bestmöglich die Vorteile jedes einzelnen Verfahrens auszunutzen. Dabei spielen vor allem die räumlichen Komponenten, die mittels der einzelnen Verfahren gut aufgelöst werden können, sowie die räumliche Abdeckung eine wesentliche Rolle:

InSAR

Schrägentfernung

(Blickrichtung des Sensors)

hohe räumliche Auflösung

(in urbanen Gebieten)

Nivellement Vertikalkomponente

Messungen entlang von Linien

(1. bis 3. Ordnung)

GNSS Horizontalkomponente

Permanentstationen

(mittlere Entfernung ~ 30 km)

Die aktuellen Ergebnisse des 3D-Geschwindigkeitfeldes im ORG beruhen auf Nivellement-Daten, die bis ins 19. Jahrhundert zurückreichen; die GNSS Zeitreihen stammen von 85 permanenten Stationen des GURN-Projektes aus den Jahren 2002 bis 2011; in die SAR-interferometrische Analyse fließen Daten der Satellitenmissionen ERS-1 & ERS-2 sowie der Satellitenmission Envisat ein.

Aktuelle Arbeiten

Momentan wird am GIK daran gearbeitet, die Berechnungen des Geschwindigkeitsfeldes unter Einbindung von Radar-Aufnahmen der seit 2014 operationellen Satellitenmission Sentinel-1, längerer Zeitreihen der GURN-Stationen sowie Zeitreihen zusätzlicher GNSS-Stationen zu verifizieren und das Untersuchungsgebiet nach Norden und Süden zu erweitern.

Mit Blick auf die bisherigen Ergebnisse sind derzeit zwei Fragen von zentraler Bedeutung:

  • Ist es möglich anthropogene von tektonischen Oberflächensignalen zu trennen?
  • Welche Aussagen können mithilfe des 3D-Geschwindigkeitfeldes der Oberfläche über tektonische Vorgänge in tieferen Erdschichten getroffen werden?

Um diesen Fragen nachzugehen, werden die Deformationsvorgänge unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode rekonstruiert.

Literatur
  • Fuhrmann, T. (2016): Surface Displacements from Fusion of Geodetic Measurement Techniques Applied to the Upper Rhine Graben Area. Dissertation, doi: 10.5445/IR/1000056073 2016.
  • Fuhrmann, T., Caro Cuenca, M., Knöpfler, A., van Leijen, F.J., Mayer, M., Westerhaus, M., Hanssen, R.F., Heck, B. (2015): Estimation of small surface displacements in the Upper Rhine Graben area from a combined analysis of PS-InSAR, levelling and GNSS data. Geophysical Journal International, 203 (1): 614-631, doi: 10.1093/gji/ggv328.
  • Fuhrmann, T., Zippelt, K., Heck, B. (2014): Historische Nivellements aus Preußen und Baden und ihre Bedeutung für die Bestimmung von Vertikalbewegungen im Oberrheingrabengebiet. Zeitschrift für Vermessungswesen (zfv), 139 (6), 389-397.
  • Fuhrmann, T., Westerhaus, M., Zippelt, K, Heck, B. (2014): Vertical displacement rates in the Upper Rhine graben Area derived from precise leveling. Journal of Geodesy, Volume 88, Issue 8, pp 773-787, doi: 10.1007/s00190-014-0721-0.
  • Fuhrmann, T., Heck, B., Knöpfler, A., Masson, F., Mayer, M., Ulrich, P., Westerhaus, M., Zippelt, K. (2013): Recent surface displacements in the Upper Rhine Graben - Preliminary results from geodetic networks. Tectonophysics, Special Issue "TOPO-EUROPE III", 602(0):300 – 315, doi: 10.1016/j.tecto.2012.10.012.

 

3D-Geschwindigkeitsfeld des Oberrheingrabens
Hansjörg Kutterer
Hansjörg Kutterer
Universitätsprofessor, Sprecher der kollegialen Institutsleitung

+49 721 608-43674hansjoerg kuttererHfl1∂kit edu11201.90 Campus Süd