ALBERT

Description: Für Massenbilanzstudien und dem Verständnis des Paläoklimas sind Kenntnisse über die Verteilung des Eises in den Polarregionen sowie der Aufbau der großen Eisschilde der Antarktis und Grönlands unerlässlich. Da Eis zu dem in seinen eingeschlossenen Gasblasen als einziges Klimaarchiv Proben der Paläoatmosphäre beinhaltet, ist es für verlässliche Aussagen über das Paläoklima wichtig, Eiskerne aus einer ungestörten Umgebung beproben zu können. Seit Mitte der 70-ziger Jahre des zwanzigsten Jahrhunderts werden Radarsysteme erfolgreich und intensiv zur Kartierung der Eismächtigkeiten der polaren Eisschilde und deren inneren Aufbaus von Schlitten und Flugzeugen aus eingesetzt [3]. So zum Beispiel bei der Vorerkundung für eine Eiskerntiefbohrung in Dronning Maud Land, Antarktis [10], der Kompilierung kontinentaler Datensätze für Karten und die Modellierung der Eisschilde [7],[5] und ihres Verhaltens auf klimatische Änderungen. Zur Untersuchung der Eisschilde wie auch von Schelfeisen und Gletschern werden verschiedenste Radarsysteme eingesetzt. Sowohl Pulsradarsysteme [8] für die Kartierung der bis zu 4000 m mächtigen Eisschilde der Antarktis und Grönlands kommen zum Einsatz, als auch Stepped Frequency und Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) Radarsysteme um die Schichtungen im bis zu einigen 100 m mächtigen Firn im oberen Bereich dieser Eisschilde zu detektieren. Leitfähigkeitsänderungen des Eises und Sprünge in der Dielektrizitätskonstanten, die zu Reflexionen von elektromagnetischen Wellen führen, können an Eiskernen mittels „dielectric profiling“ (DEP) sehr genau gemessen werden [12]. Auch die Akkumulationshistorie ist aus Untersuchungen von Eiskernen bekannt [2]. Somit besteht die Möglichkeit die vom Radar detektierten Horizonte an den Eiskernen exakt einzuhängen [4] und somit die punktuell bestimmten Zutragsraten entlang von Radarprofilen zu extrapolieren [11]. Zur Bestimmung des mittleren Schneezutrags der letzten mehreren hundert Jahre reichen flache Eiskernbohrungen bis zu einer Tiefe von 150 m aus. Diese Bohrungen können mit recht geringem technischen Aufwand innerhalb weniger Tage abgeteuft werden. Während der Verdichtung des Firns zu Eis, ist die Advektion von Eis von der Seite zu vernachlässigen [6]. Zur Kartierung des Schneezutrags wurden in der Vergangenheit weit verteilt Eiskerne gebohrt [9] und dann zwischen den Bohrstellen interpoliert. Um räumliche Variationen der Akkumulation abzubilden, muss bei diesem Vorgehen der Abstand zwischen den Eisbohrungen verringert werden oder auf solche Radarmessungen zurückgegriffen werden, die die Isochronen zwischen den Bohrstellen abbilden können. Dazu ist zum einen eine hohe vertikale Auflösung des Radarsystems erforderlich und zum anderen ein hoher Messfortschritt wie ihn flugzeuggestützte Messungen bieten. Mittels hochauflösender Radarmessungen zwischen den abgeteuften Bohrungen kann die mathematische Interpolation durch Messungen physikalischer Parameter ersetzt und so die räumliche Variation abgebildet werden. Zu diesem Zweck wurde das bereits erfolgreich am Boden eingesetzte FMCW-Radargerät der TU Hamburg- Harburg [1] für den Einsatz auf den Polarflugzeugen des Alfred-Wegener-Instituts adaptiert. Im Folgenden wird das für den luftgestützten Einsatz modifizierte Gerät im Einzelnen vorgestellt und seine Messmöglichkeiten werden anhand von typischen Messergebnissen dargestellt . Dazu werden in Kapitel 2 die technischen Details wie Signalgenerierung und Datenerfassung des Radargeräts erläutert. In Kapitel 3 werden mit diesem Gerät erstellte Messprofile vorgestellt und diskutiert.

Description: Die vom Permafrost dominierten Gebiete der Arktis sind von der globalen Erwärmung besonders betroffen. Als Folge der höheren Temperaturen nehmen die Dicke der Auftauschicht und die Anzahl der frostfreien Tage im Jahr immer weiter zu, wodurch der Ausstoß von Treibhausgasen durch erhöhte Bakterienaktivität steigt. Wenn Infrastruktur in diesen Gebieten vorhanden ist oder angelegt werden soll, muss sie im Permafrost gegründet sein, um dauerhaft stabil zu sein. Somit ist es sowohl für die Klimamodellierung als auch für die Infrastruktur wichtig, die Auftautiefe der oberen Bodenschicht flächendeckend zu kennen. Zu diesem Zweck wurde im August 2018 eine große Feldkampagne rund um Inuvik, NW-Kanada, durchgeführt. Das Gebiet ist durch Permafrost geprägt, die Mächtigkeit der Auftauschicht liegt zwischen 30cm und 2m. Die Vegetation wechselt zwischen offener Tundra, strauchdominierter Tundra und Taiga (Nadelwald). Während der Feldarbeiten hat ein Team im Gelände die Vegetation, die Bodeneigenschaften und die Dicke der Auftauschicht punktuell erfasst, sowie GPR-Messungen mit 200 MHz Antennen zur Kartierung der Auftauschicht und geoelektrische Messungen zur Charakterisierung des Permafrostkörpers durchgeführt. Ein zweites Team hat mittels flugzeuggestützter Messungen mit der Polar 5 des Alfred-Wegener-Instituts das Gebiet großflächig kartiert. Bei niedrigen Flügen in ca. 300m Höhe über Grund wurden GPR Messungen zur Erfassung der Dicke der Auftauschicht durchgeführt. Das verwendete Radarsystem ist ein FMCW Radar mit einem Frequenzbereich von 400 – 800 MHz, wodurch eine hohe vertikale und horizontale Auflösung gegeben ist. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Untersuchungsgebiet ist variabel mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 0,044m/ns in der Auftauschicht. Auf höheren Flügen (ca. 1000m über Grund) wurden unter anderem eine VIS+NIR und eine SWIR-Hyperspektralkamera (AISA EAGLE und HAWK) sowie ein RIEGL Laserscanner betrieben, womit Vegetation und Geomorphologie charakterisiert werden können. Um die Ergebnisse auf das gesamte Untersuchungsgebiet zu übertragen, werden zusätzlich Satellitendaten des Gebiets ausgewertet. Somit ist eine umfassende Charakterisierung des aktuellen Zustands aller Faktoren des Ökosystems, die den Permafrostkörper und die Auftauschicht betreffen, möglich. Hier präsentieren wir erste Ergebnisse der GPR Messungen aus den Befliegungen sowie vom Boden und ordnen diese in die räumliche Struktur des Untersuchungsgebiets ein.

Description: The Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI) and the Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (BGR) collected around 150 hours of new gravity, magnetic and ice-penetrating radar data from east and south of Princess Elisabeth station in Dronning Maud Land between 2013 and 2015. Survey lines were spaced 10 km apart. The 2013/2014 and 2014/2015 used different gravimeters; a LaCoste and Romberg AirSea gravimeter (LCR) at constant barometric altitude and a Gravimetric Technologies GT2A gravimeter at constant ground separation. Both surveys used a Scintrex Cs-3 caesium vapour magnetometer mounted in a tail boom with compensation for the airframe calculated using a fuselage-mounted three-component fluxgate magnetometer. The GT2A gravity data reflect the effects of short-wavelength density contrasts between basement rocks and the ice sheet more reliably than the LCR data. Cross-over analysis suggests the repeatability of data collection with the GT2A lies at the sub-milliGal level. A broad subglacial channel that separates eastern Sør Rondane from the Yamato Belgica Mountains is evident in the gravity data. In the south of the survey region, the data reveal a dendritic pattern of subglacial valleys that converge towards the SW. Strong NS-trending magnetic anomalies coincide with the Yamato-Belgica Mountains. Further west, subtler ESE-trending anomalies confirm proposals that the SE Dronning Maud Land province continues into the region south of eastern Sør Rondane. An unexpected feature of both data sets is the apparent termination of the anomaly patterns associated with the province at a NNW-trending anomaly running south of Princess Elisabeth.