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Wie fließt Eis? - Wissenschaftler präsentieren Ergebnisse neuer Messverfahren aus der Antarktis

05.05.2010
Derzeit findet in Wien die jährliche Tagung der European Geosciences Union (EGU) statt.

Dr. Olaf Eisen vom Alfred-Wegener-Institut präsentiert dort Ergebnisse eines umweltschonenden Messverfahrens, das er und seine Kollegen im Frühjahr 2010 erstmalig auf dem Eisschelf der Antarktis eingesetzt haben.

Es liefert Daten, die in Modelle zur Eismassenbilanz eingehen und somit unter anderem eine bessere Vorhersage der zukünftigen Änderungen des Meeresspiegels erlauben.

Die Qualität wissenschaftlicher Modelle hängt entscheidend von der Datengrundlage ab. Deshalb haben Mitarbeiter einer DFG-geförderten Nachwuchsgruppe jetzt erstmalig in der Antarktis ein spezielles geophysikalisches Messverfahren, die Vibroseismik, zur Datenerhebung eingesetzt. „Durch die Vibroseismik-Messungen möchten wir mehr über die Struktur des Eises und damit über das Fließverhalten des antarktischen Eisschildes herausfinden“, erläutert Dr. Olaf Eisen vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft. Er leitet die Nachwuchsgruppe LIMPICS (Linking micro-physical properties to macro features in ice sheets with geophysical techniques: Verknüpfung von mikro-physikalischen Eigenschaften mit Makrostrukturen in Eisschilden mittels geophysikalischer Techniken).

Eisen stellt auf der internationalen Tagung jetzt erste Ergebnisse seiner diesjährigen Messkampagne aus der Antarktis vor. Ziel des zehnköpfigen Teams des Alfred-Wegener-Instituts sowie der Kooperationspartner der Universitäten Bergen (Norwegen), Swansea (Wales, GB), Innsbruck (Österreich), Heidelberg sowie der Kommission für Glaziologie der Bayrischen Akademie der Wissenschaften war es, mittels geophysikalischer Verfahren die interne Struktur und den Aufbau eines Eisschildes von dessen Oberfläche her zu bestimmen. Erstmalig auf einem Eisschild kam neben bewährten sprengseismischen Verfahren auch Vibroseismik zu Testzwecken zum Einsatz.

Ein Problem beim Einsatz von Seismik auf Eisschilden ist die sehr poröse Firnschicht, die 50 bis 100 Meter mächtig sein kann. Bei der Sprengseismik wird mit einem Bohrer ein etwa 10-20 Meter tiefes Loch in den Firn gebohrt, um eine bessere Ankopplung zwischen der Sprengladung und dem umgebenden Firn zu erreichen. Das Bohren ist recht zeit- und energieaufwändig und erlaubt dabei nur einen langsamen Fortschritt entlang der seismischen Profile. Bei der Vibroseismik erfolgt die Erzeugung von seismischen Wellen direkt an der Oberfläche. Dazu wird die Rüttelplatte eines 16 Tonnen schweren Vibroseis-LKW auf den vorkomprimierten Firn gepresst und definiert in Schwingungen versetzt. Im Unterschied zur Sprengseismik ist das anregende seismische Signal bekannt und kann beliebig oft erzeugt werden, was letztendlich zu einer verbesserten Datenqualität führt. Ein Nachteil ist jedoch der Verlust von seismischer Energie im porösen Firn. So haben die Wissenschaftler die beiden Methoden Sprengseismik und Vibroseismik verglichen um herauszufinden, wie viel Energie sich letztendlich von der Oberfläche durch das Eis ausbreitet und wieder zurück zur Oberfläche reflektiert wird. Erste Auswertungen zeigen, dass die Vibroseismik der klassischen Sprengseismik ebenbürtig ist, was die Stärke der Wellen in tieferen Eis- und Sedimentschichten angeht. Eine deutliche Überlegenheit zeigt sich in dem geringeren Aufwand und damit kürzeren Zeit, mit der seismische Profile jetzt vermessen werden können.

Der Wissenschaftler Yngve Kristoffersen, Professor für Geophysik an der Universität Bergen, der die Geräte für die Vibroseismik zur Verfügung stellt, erläutert: „Die erfolgreiche Pilotstudie eröffnet eine neue Ära für effizientere und umweltfreundlichere Methoden, um mit seismischen Verfahren über die interne Struktur des Eises und die darunter liegenden Fels- und Sedimentschichten Informationen zu erhalten. Dies erweitert unser Wissen darüber, wie sich das Eis über das Felsbett bewegt und der Felsen unter dem Eis geologisch aufgebaut ist." Darüber hinaus wird das Verfahren in den nächsten Jahren auch für die Vorerkundung von geologischen Bohrungen zum Verständnis der Klimageschichte unter Schelfeisen seine Anwendung finden.

Das Alfred-Wegener-Institut forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der mittleren sowie hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut ist eines der sechzehn Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.

Margarete Pauls | idw
Weitere Informationen:
http://www.awi.de

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