ALBERT

Description: Fennoskandien ist seit jeher ein Gebiet, auf das sich die geowissenschaftlichen Interessen konzentrierten. Ein Grund dafür ist die seit langem bekannte Landhebung von ca. 10 mm pro Jahr im Zentrum, das im nördlichen Teil des Bottnischen Meerbusens liegt. Neben den seismischen Untersuchungen der Struktur der Lithosphäre wird seit 1966 mit Hilfe der Präzisionsgravimetrie entlang der sog. Landhebungslinien versucht, durch wiederholte Schweremessungen den Effekt der Landhebung zu erfassen und dadurch, neben den Präzisionsnivellements, auch Hinweise auf den Mechanismus zu erhalten. Parallel dazu wurden an vielen Orten gravimetrische Gezeitenbeobachtungen durchgeführt, um realistische Gezeitenparameter für die Korrektur der Präzisionsgravimetrie zu ermitteln. Dabei stellte sich heraus, daß im Bereich der norwegischen Küste eine starke Anomalie der Parameter von bis zu 35% in der Amplitude und mehr als 20° in der Phase festzustellen ist, die man auf die Wirkung der ozeanischen Auf lastgezeiten zurückführen kann. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit den gravimetrischen Gezeitenregistrierungen entlang der Geotraverse "Blaue Straße". Dieses Profil beginnt an der norwegischen Küste in der Nähe des Polarkreises und läuft mit etwa 125° in südöstlicher Richtung bis an den Finnischen Meerbusen nahe der sowjetischen Grenze. Die Besonderheit der Stationsauswahl liegt in der Verdichtung der Meßorte im Bereich der Küste: Hierdurch ist es möglich, das Abklingen des Effektes der ozeanischen Auflast zu erfassen. Dies erlaubt gezielte Mode 11 Untersuchungen zur Überprüfung von lokalen Meeresgezeitenmodellen mit einer unabhängigen Methode: Neben den elastischen Eigenschaften der Lithosphäre, insbesondere der Tiefe der Krusten-/Mantelgrenze gehen lediglich die Verteilung der Amplituden und Phasen der Meeresgezeit in die Rechnung ein, nicht aber die Parameter und die Randbedingungen, die zu ihrer Modellierung benötigt werden. Durch die Verdichtung der Stationen im Küstenbereich können auch Aufschlüsse über die Struktur der Lithosphäre, vor allem die Moho - Tiefe, gewonnen werden. Es standen für die Messungen in den Jahren 1980 bis 1983 fünf Gravimeter zur Verfügung, mit denen insgesamt sieben Stationen vermessen wurden. Die Registrierzeiträume lagen zwischen 10 und 26 Monaten. Im Folgenden werden die bisherigen geowissenschaftlichen Befunde für Fennoskandien und für das Pof il "Blaue Staße" im Besonderen zusammengefaßt, die Methoden der Auflastberechnung diskutiert und die Problematik der Modellierung der Meeresgezeiten dargestellt. Die Messungen schließen intensive experimentelle Arbeiten wie auch Überlegungen zur Datenbearbeitung und Analyse ein. Besonderer Wert war dabei auf die Kalibrierung der Gravimeter zu legen, die im Berliner Gezeitenobservatorium (Insulaner) erfolgte. Die Interpretation der Residuen der Welle M2 hinsichtlich der Auf lastgezeiten ergab schließlich, daß die Schelfgezeiten bei der Modellierung in der Phase um 15 bis 20° verzögert werden müßten, um der Beobachtung zu entsprechen. Hierdurch wird natürlich das Meeresgezeitenmodell nicht korrigiert, die gefundenen Abweichungen sind aber ein Hinweis für die Berechnung der Modelle. Überdies ergab sich eine besonders gute Übereinstimmung für eine flache Kruste. Dies steht im Einklang mit seismischen Ergebnissen aus dem Küstenbereich und bestätigt das Fehlen einer Gebirgswurzel unter den Kaledoniden. Auch für das Residuum der Welle 01 wird eine Inkonsistenz mit dem Meeresgezeitenmodell festgestellt, die sich hier allerdings nicht aus der Modellierung der Schelfgezeiten erklären läßt: Die Amplituden von 01 liegen bei 3 bis 5 cm. Die lokale Wirkung ist demnach gegenüber M2 (80 bis 100 cm) zu klein. Für die Korrekturen der Präzisionsschweremessungen komplettiert dieses Profil das bereits vorhandene Stationsnetz und ermöglicht die flächenhafe Interpolation. Daraus lassen sich dann später unter Hinzuziehung der anderen Hauptwellen realistische Gezeitenkorrekturen für alle Stationen ermitteln.

Description: Fennoscandia has always been an area of special interest for geoscientists. One reason for that ist certainly the well known land uplift of about 10mm/yr in its center, which is located in the northern part of the Gulf of Bothnia. Besides the seismic research of the structure of the Lithosphere since 1966 precise gravity surveys are carried out along the so called land uplift lines. By repetition of these measurements it is hoped to monitor the effect of land uplift, and to get indications of its mechanism. In addition tidal gravity observations were carried out at many places to achieve realistic tidal parameters for the correction of the precise gravity surveys. It was found that esp. adjacent to the sea there is a strong anomaly of the parameters of up to 35% in amplitude and more than 20° in phase. This can be allocated to the effect of the ocean tides. The present work deals with the tidal gravity measurements along the geotraverse 'Blue Road'. This profile starts at the Norwegian coast close to the polar circle running about 125° south-east till the Gulf of Finland, close to the Sowjet border. The speciality of the choice of the station locations is in their concentration near the coast. By these means it is possible to monitor the decrease of the effect of the ocean loading. This enables the check of local ocean tide models by an independent method: In addition to the elastic properties of the Lithosphere, esp. the depth of the crust/mantle boundary, only the distribution of the calculated ocean tidal amplitudes and phases are included into the calculations; the parameters and boundary conditions necessary for the calculation of these models are not used. By concentration of the stations near the coast also hints on the structure of the Lithosphere, esp. the depth of the Moho can be achieved. The measurements were carried out during a period from 1980 to 1983, and five gravimeters were available to measure at seven stations. The recording intervals were between 10 and 23 months each. In the following the geoscientif ic findings obtained up to now for Fennoscandia are put together, in detail for the 'Blue Road' profile. The methods of loading calculations and the problem of modelling the ocean tides are reviewed. The preparations of the measurements include intense experimental work as well as efforts in data treatment and analysis. Special care was necessary for the calibration of the gravimeters which was performed at the Tidal Observatory Berlin (Insulaner). The interpretation of the tidal residuals of the constituent M2 resulted in the fact, that the shelf tides should be retarded by 15 to 20° to fit the observations. Of course, this is no way to correct the tidal chart, but it provides boundary conditions for the calculation of these models. In addition, the best fit was achieved assuming a fairly thin crust in the coastal area. This corresponds to seismic results and confirms the lack of a mountain root below the Caledonides. For the residual of 01 the interpretation showed a significant restvector, too. But here it is not possible to use the shelf area for an explanation: In contrary to M2 (amplitudes of up to 100 cm) the 01 amplitudes of the shelf tides are only in the order of 3 to 5 cm, which is too small. These profile measurements complete the Fennoscandian net of tidal results. This enables the spatial interpolation of the values and, by addition of the other main tidal constituents, it will be possible to derive realistic tidal corections for the repeated precise gravity surveys.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Bei der Auswertung von' Fernerkundungsdaten wurde bisher davon ausgegangen, daß die untersuchten Objekte angenähert LAMBERT'sch reflektieren. Daß diese Annahme für Pflanzen falsch ist, wurde schon vor über 10 Jahren erkannt und seitdem mehrfach systematisch untersucht. In der vorliegenden Arbeit wurde in grundlegender Weise das Reflexions verhalten von natürlichen Gesteinsoberflächen untersucht. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Richtungsverteilung der reflektierten Strahlung unter verschiedenen geometrischen Bedingungen gerichtet. So wurde als Simulation der natürlichen Geländebedingungen, wie sie etwa in den Alpen vorliegen, der Beleuchtungswinkel, die Probenneigung und der Detektorstand systematisch variiert und der Einfluß dieser Veränderungen auf das Reflexionsverhalten der Gesteine registriert. Die meisten Messungen erfolgten im Labor mit Hilfe eines speziell für diesen Zweck konstruierten Meßtisches, Als Proben dienten natürliche Gesteinsproben, die vorher unter Geländebedingungen gemessen worden waren. Bei den meisten Proben handelte es sich um Karbonatgesteine; wenige Ausnahmen, wie z,B. Sandsteine, wurden als Sonderfälle studiert. Bei zahlreichen Vergleichs- und Kontrollmessungen wurde versucht, den Zusammenhang zwischen Labor- und Geländemessungen herzustellen, Als wichtigstes Ergebnis wurde nachgewiesen, daß die Reflexion bei keiner der untersuchten Proben dem LAMBERT‘schen Reflexionsgesetz folgt: Der Reflexionsfaktor hängt also von den geometrischen Bedingungen ab, bei denen die Messung erfolgte, Sonnenstand, Hangneigung und Detektorstand sind als zusätzliche Parameter zu berücksichtigen. Die Ursachen für diese Richtungsabhängigkeit der Reflexion sind einerseits die innere Struktur − also die Ausbildung von primären Reflexionsflächen, die sich auf die Gesteinsoberfläche durchprägen − und andererseits die Rauhigkeit oder Relieftiefe der Oberfläche. Die größten Abweichungen vom LAMBERT'schen Reflexionsverhalten wurden bei größeren Zenitdistanzen, besonders bei schrägem bis streifendem Lichteinfall beobachtet. Die Konsequenzen für die Bildverarbeitung sind eindeutig: Bei der Klassifizierung und Identifizierung von Gesteinen aus Fernerkundungsdaten muß das Geländerelief und die Beleuchtungssituation mit berücksichtigt werden. Schon die unterschiedliche Beleuchtung auf verschieden geneigte Flächen gleicher Oberfläche erzeugt unterschiedliche Grauwerte für die einzelnen Flächen. Das gilt für jede Oberfläche, unabhängig von ihrem Reflexionsverhalten. Das richtungsabhängige oberflächenspezifische Reflexionsverhalten bewirkt (je nach der Winkel Konfiguration) eine weitere Veränderung der Grauwerte. In dieser Arbeit wurde gezeigt, wie die Korrektur der Beleuchtungsverhältnisse mit Hilfe eines digitalen Geländemodells erfolgen könnte. Die aus einer topographischen Karte entnommenen Höhendaten bilden die Grundlage für eine radiometrische Reliefkorrektur, bei der die durch schräge Beleuchtung verfälschten Grauwerte so korrigiert werden, daß die Ergebnisse einer Aufnahme ohne Relief entsprechen. Somit sind alle korrigierten Aufnahmen, unabhängig vom Sonnenstand, untereinander vergleichbar. Die Wirkung der Korrektur wurde an einem Modellgelände demonstriert. Eine Korrektur von vollständigen Aufnahmen, wie z.B, ganzen LANDSAT-Szenen, war bis zur Fertigstellung der Arbeit wegen der begrenzten Rechnerkapazität noch nicht möglich. Mit einer erweiterten Rechenanlage wird es aber in Zukunft möglich sein, eine ganze Szene in Hinblick auf ihre Beleuchtungsverhältnisse zu korrigieren. Der nächste Schritt, die gesteinsspezifische Korrektur mit Hilfe der ermittelten Labordaten, kann dann ebenfalls mit Hilfe des digitalen Geländemodells erfolgen.

Description: During the evaluation of Remote Sensing Data it has been assumed up to now that the examined objects reflect approximately with LAMBERT'S law. In the case of plants it has been recognized over ten years ago that this assumption is wrong and this has led to numerous systematic examinations. In the present thesis the basics of the reflective behavior of natural rock surfaces was studied. Special emphasis was placed on the directional distribution of the reflected radiation under various geometric conditions, Natural terrain conditions, as found for instance in the Alps, were simulated by systematic variation of the angle of illumination, the sample inclination and the position of the detector. The influence of these variations on the reflective behavior of rocks was registered. Most of the measurements were done in the laboratory with the help of an apparatus which was constructed for this specific purpose. Samples of natural rocks were used; these were measured previously in the terrain. Most of these samples were carbonates; a few exceptions, such as sandstone, were also studied. During numerous comparitive and verifying measurements it was attempted to establish the correlation between laboratory and terrain measurements. As prime result, it was shown that none of the examined samples followed LAMBERT’S law of reflection. The reflection factor, therefore, depends on the geometric conditions at the time of measurement. Additional parameters that have to be accounted for are: position of the sun, terrain inclination and position of the detector. The reasons for this directional dependency of the reflection are on one hand the inner structure, i.e. the formation of primary reflection surfaces, which are imprinted on the rock surface, and on the other hand the roughness or depth of relief of the surface. The largest deviations from LAMBERT'S reflective law were noticed at larger zenith angles, particularly for sloping to glancing illumination. The consequences for the image analysis are clear-cut: during the classification and identification of rocks using remote sensing data the terrain relief and the illumination conditions have to be taken into account. Even a varying illumination of tilted areas of identical surfaces results in different gray values for the individual areas. This is true for any surface, regardless of its reflective behavior. The surface-specific directional reflectance gives rise to a further change in the gray values (depending on the angle configuration). In this thesis it has been shown how a correction of the illumination can be achieved with the help of a digital terrain model. The elevation data extracted from a topographic map give the basis for a radiometric relief correction. The gray values falsified by sloping illumination are corrected, such that the result is an image without relief. Therefore all corrected images, independent of the position of the sun, are comparable. The effect of this correction was demonstrated using a terrain model. Complete images such as LANDSAT scenes could not be corrected in this manner at the time of completing this thesis due to limited computer capacity. With a larger computer it will be possible in future to correct complete scenes in regard to the illumination conditions. The next step, a rock-specific correction with the help of data established in the laboratory, can also be achieved with the help of the digital terrain model.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen