Gravimetrische Messungen

Währen der gesamten Zeit des Aufenthalt,es im Bereich der Aufsetzlinie des Foundation Ice Strcam registrierte ein LaCoste Romberg Gravimeter im Feed- back Mode die gezeitcnbedingte Schwereänderun (Abb. 4.8 a) i m Basislager.

Aufgrund der analogen Aufzeichnung treten in den Daten Lücke auf, wenn der dynamische Bereich des Systems iiberschritten wurde. Ansonsten liegen zwei weit,ere kurze DatenausElle vor. Die fehlenden Werte wurden nach einer Methode, die bei Melchior (1966) und Kobarg (1988) nähe beschrieben wird, interpoliert. Dabei wird auf ganztägig und längerperiodisch Daten beiderseits der Lück zurückgriffen Der fehlende Mefiwert wt zur Zeit t ergibt sich nach:

w t = 20 [ - U I L - ~ Z - wt+72

+

^{6 (wt-M}

+

^{wt+w) - 15 (wt-24}

+

^{wt+24)] .} (4.9) Die Beobachtungen zeigen ein starkes Gezeitensignal, wobei die maximale täglich Amplitudenvariation a m 15.116. Februar 1.2 mGal betrug. Die registrierten Schwere- iinderungen set,zen sich aus zwei Teilen zusammen, der Anderung des gezeiten- erzeugenden Potentials und einem dadurch bewirkten ozeanischen Effekt. Zum einen erzeugen die ::direkten" ozeanischen Gezeiten eine Vertikalbewegung des Schelfeises.

Zum anderen verursachen die Ozeangezeiten eine globale Änderun des Schwere- potentials durch ãUmvert,eilung von Wassermassen, sowie kleine Deformationen der Erde durch deren Auflastwirkungen. Diese Beiträg könne jedoch als klein gegen- übe der von der Gezeitenhebung verursacht,en Schwereänderun angesehen werden (Eckstaller und Miller, 1984). Diese resultiert daraus, da bei F l u t das Schelfeis angehoben wird und es damit zu einer Verringerung der Schwere kommt. Anderer- seits kommt es durch die einfliefienden Wassermassen zu einer Schwereerhöhung Die Beziehung zwischen Höhen und Schwereänderun ist durch:

A h [m] = -3.7653Ag [mGal] (4.10) gegeben (Thiel et al., 1960).

Damit ent,spricht die gemessene maximale Schwereänderun von 1.2 mGal einem vertikalen Tidenhub der Eisplatte von 4.5 m . Das Basislager war südlic der bis da- hin angenommenen Position der Aufsetzlinie angelegt, worden. Auf dem gegründete

4.2 Gravimetrische Messungen 57

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Datum, Februar 1995

Frequenz [Zyklen/Tag]

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0.20

5

^0.15

.4 . W

2

0.10 s

1-1

'6

(D

0.05

0.00

0 20 40 60 80 100

Frequenz @Hz]

Abbildung 4.8: Darstellung der Gezeitenmessung am Basislager auf dem Foundation Ice Stream (a) und die daraus berechnete Spektralanalyse (b)

Eis sind nur sehr schwache gezeitenbedingte Bewegungen in unmittelbarer Näh der Aufsetzlinie und weiter landwärt keine Gezeitenbewegungen des Eises zu erwarten.

Dies wurde aus Tiltmetermessungen auf dem Rutford Ice Stream deutlich (Smith.

1991).

58

4

Glaziolog. und geophysikal. Messungen auf d e m südliche Ronne Ice Shelf Das Spektrum der Gezeitenregistrierung (Abb. 4.8 b) zeigt deutliche Amplituden der lialbtägige Mond- und Sonnentide (M2 und S2), sowie der ganztägige Sonnentide ( S l ) . Weitere Spektralkomponenten konnten aufgrund der kurzen Aufzeichnungs- dauer nicht, aufgelös werden.

Das Ergebnis der Aufzeichnungen macht deutlich, da die Aufsetzlinie des Foundation Ice Stxeam weiter im Süde liegen mu§ als bisher angenommen.

4 . 3 Firnkernbohrungen

Währen des Aufent,halts a m Basislager, sowie auf dem Rückwe der Traverse zur Filchner Station wurden 16 Firnkerne von jeweils 12 m Läng gebohrt. Die Lage der Firnkerne ist in Abbildung 4.1 durch Kreise gekennzeichnet. In den Eiskernen der Bohrungen B13 und B15 wurden sehr kleine und ^O-Werte fü das meteorische Eis direkt übe dem marinen Eis gefunden (Oerter et al., 1992), welche bislang mit keinen Werten aus Oberflächenschneeprobe übereinstimmen Damit war die Herkunft des Eises nicht geklärt denn Firnkerne aus dem südliche Bereich lagen bislang nicht vor.

Die regelrnä§i Beprobung der obersten Firnschicht des Foundation Ice Stream und seiner Fortsetzung auf dem Ronne Ice Shelf lieferte die Niederschlags- und Temperaturverhaltnisse entlang dieser Positionen. Allerdings konnten aufgrund der Spaltenverl~ältniss nicht alle Beprobungen auf einer Flie§lini erfolgen. Auf den ersten 400 km von der Filchner Station nach Süde konnte nur der westliche Teil des zentralen Ronne Ice Sllelfs befahren werden, währen weiter im Süde lediglich auf dem östliche Teil eine Trasse Richtung Foundation Ice Stream möglic war. Der e h e r g a n g erfolgte südwestlic von Berkner Island (Mayer et al., 1997). Zwei Bohr- positionen im Anstieg zum Inlandeis in einer Höh von 450 m und 1200 m konnten mit Hilfe des Polarflugzeuges Polar 4 erreicht werden. Die Bohrungen erfolgten mit einem 4-Zoll-Firnkernbohrer. Die Qualitä der Firnkerne war sehr unterschiedlich.

Mit, einem Schneeschacht. im Bereich des Basislagers wurde der Schneedeckenaufbau bis in 3 m Tiefe bestimmt, welcher in den Firnkernen oft durch Brüch stark gestör war.

Durch die Bohrtiefe von 12 m war es möglic die Temperaturverteilung innerhalb des Bohrlochs bis übe die Jahresmitteltemperatur in 10 m Tiefe hinaus aufzunehmen.

Dies erfolgte übe Thermistorketten, die in den Bohrlöcher installiert wurden. Die Messung der Widerstandswerte der Thermistoren erfolgte zunächs im offenen Bohr- loch. Danach wurden diese mit Oberflächenschne verfüll und währen der Anpas- sungsphase wurde alle 20 s gemessen.

Aus der Extrapolation der Messungen im offenen Bohrloch unter der Annahme einer exponentiellen Temperaturanpassung an den ausgeglichenen Zustand wurde die Temperaturverteilung in Abbildung 4.9 ermittelt (Werte in Tabelle 4.1). Es wurde zusätzlic eine aus Langzeitmessungen an einem Bohrloch im Bereich des Basislagers bestimmte Korrektur angebracht (Mayer et al., 1995). Die Genauigkeit der Temperaturen beträg & 0.5

'C

(Mayer et al., 1995). Im Bereich der Aufsetzlinie liegt die mittlere Jahrestemperatur bei -30

'C.

Nach Norden zeigt sich eine Zunah- me der Temperatur bis -26

'C

110 km südlic der Filchner Station. Der Wert von GLB08 ist aufgrund von Schwierigkeiten kurz vor der Messung wahrscheinlich zu hoch. Deshalb wurde aus dem Vergleich mit den digitalen Messungen aus der An- gleichphase ein verbesserter Wert bestimmt (Mayer et al., 1995). Der geringfügig

4.3 Firnkernbohrungen 5 9

Entfernung von der Filchner Station [km]

Abbildung 4.9: Mittlere Jahrestemperatur entlang der Traversenroute und im Anstieg des Foundation Ice Stream. Der Stern gibt die durch den Vergleich der verschiedenen Temperaturmessungen verbesserte Temperatur fü GLB08 an. Die Oberflächenhöh stammen aus geodätische Messungen (Riede1 et al.. 1995)

Anstieg von GLB06 in Richtung der Aufsetzlinie wird wahrscheinlich durch die nahe- gelegenen Schmidt Hills verursacht. Weiter nach Süde zeigt sich eine Abnahme der Temperatur bis zum südlichste Bohrpunkt, währen die Oberflächenhö von 163 m auf 1191 m ansteigt.

Die Messungen der chemischen und physikalischen Eigenschaften der Firnkerne er- folgte teilweise a m Alfred-Wegener-Institut, wie auch am GSF-Forschungszentru~~~

fü Umwelt- und Gesundheit München Neuherberg. Die daraus resultierende Akkumulationsverteilung fü das östlich Ronne Ice Shelf (Graf et al., 1996) ist in Abbildung 4.10 dargestellt. Sie folgt zunächs der Fliefilinie durch die Bohrloka- tionen B13 und B15 nach Site 5 auf einer Fliefilinie des Möllereisstrom und dann weiter im Siiden übe Site 6 einer Fliefilinie des Foundation Ice Stream. Es sind die Ergebnisse der drei südlichste Firnkernbohrungen eingetragen. Die anderen Werte stammen von frühere Messungen von Graf et al. (1994).

In der Vert,eilung der Akkumulationsrate auf dem östliche Ronne Ice Slielf zeigt.

sich eine Abnahme der Akkumulation von der Riskante bis zu Site 5 und 6 von 20.4 c m W E / a auf 8.6 cmWEIa (WE: Wasseräquivalent) Im Bereich der Aufsetz- linie werden 9.9 cm\VE/a erreicht,. Weiter nach Süde nimmt die Akkumulationsrate auf 17.1 cmWE zu. Die Genauigkeit der Datierung der südliche Kerne ist besser als 3% (Graf et al., 1996). Der Gesamtfehler der Akkumulation läfi sich mit 10%

angeben. Die aus den anderen Firnkernen bestimmten Akkumulationsrat,en befinden sich in der Tabelle 4.1. Damit ist ersichtlich, da sich südlic von Berkner Island ein Gebiet sehr geringen Niederschlags erstreckt, bevor die Niederschlage nach Siiden im Anstieg zum Inlandeis wieder zunehmen.

60

4.

Glaziolog. u n d geophysikal. Messungen auf d e m südliche Ronne Ice Shelf

-

^berechnet

1

^{( A o:}

^-

^{dwJd0 VT)}

Entfernung von der Eiskante [km]

Abbildung 4.10: Akkumulationsrate entlang einer Fliefilinien auf dem östliche Ronne Ice Shelf. Die Punkte geben die gemessenen Werte an. Die Balken zeigen die jährlich Variabilität Die durchgezogene Eine zeigt das Ergebnis einer Model- lierung aus den 10-m-Firntemperaturen nach Graf et al. (1996) .

Aus dem Vergleich der I ~ o t o ~ e n ( ~ H - und 180-Werte) zeigt sich, da das Eis in 153 m Tiefe in den Bohrkernen B13 und B15 aus dem Anstiegsbereich zum Inlandeis aus der Gegend in der Höh der Bohrlokation P 1100 in 1100 km Abstand von der Eiskante stammt (Oerter et al., 1996). Damit mu der Hauptteil des Inlandeises, zwischen der Aufsetzlinie und Ca. 80 S abgeschmolzen sein, denn ab dort wird a n der Unterseite des Schelfeises der marine Eiskörpe gebildet (Oerter et al., 1996).

Abbildung 4.11 zeigt den Pfad in der Eissäul fü ein Partikel, das im Bereich der Aufsetzlinie gefallen ist entlang des Profils 952000. Die Berechnung erfolgte nach der Kontinuitätsgleichun der Massenerhaltung:

mit a : Akkumulation an der Oberfläche

C

: Konstante, 13400 ^?C 1400 kg/m2 nach Jenkins und Doake (1991), H : Eismächtigkeit

m : basale Schmelzrate,

U : horizontale Geschwindigkeit, e r z , erz : Deformationsrate,

Pt : Eisdichte.

Tabelle 4.1: Akkumulationsraten und 10-m-Firntemperaturen aus den währen der Filchner-V-Kampagne entlang einer Fliefilinie des Foundation Ice Stream ge- bohrten Firnkerne. Unsichere Akkumulationsraten aus ungenauen Datierungen wurden durch Fragezeichen gekennzeichnet. Der zweite Temperaturwert fü GLB08 ergab sich nach Korrektur Ÿbe den Vergleich mit den digitalen Messungen.

Dabei wird durch den Faktor P i e Firnschicht auf eine äquivalent Eisdicke redu- ziert. Der Partikelpfad beginnt an der Aufsetzlinie. Dort befindet sich das Partikel an der Oberfläch und die Überlagernd Eissaule betragt 0 m Von dort aus wird die überlagernd Eismächtigkei nach Gleichung 4.11 berechnet. Der Partikelpfad endet wenn durch basales Schmelzen das gesamte unterlagerte Eis verschwunden ist oder bei kleinen Schmelzraten der Pfad die Schelfeiskante erreicht. Fü die Berech- nung wurden die aus den Firnkernen ermittelten Akkumulationsraten (Tab. 4.1) verwendet, sowie die in Tabelle 4.2 aufgeführte Deformationsraten und Flie§ge schwindigkeiten. Danach befindet sich der im Aufsetzbereich des Foundation Ice Streams gefallene Schnee im Bereich der Filchner Station (etwa 20 km von der Schelfeisfront) in einer Tiefe von 143 m. Dort betragt die aus den EMR-Messungen ermittelte Eismachtigkeit etwa 220 m. Damit werden zwei Drittel der Eissäul von dem auf dem Schelfeis akkumuliertem Schnee gebildet. B13 liegt etwa 37 km von der Eiskante (IfAG, 1993) und etwa 50 km westlich der Filchner Station. Der berechnete Partikelpfad stimmt sehr gut mit der dort gefundenen Zuordnung, da das Eis direkt Ÿbe dem marinen Eiskörpe aus dem Anstieg zum Inlandeisschild stammt,überein

Bohrung geogr. Breite geogr. Läng 10-m-Firntemperatur Akkumulation

6 2

4.

Glaziolog. und geophysikal. Messungen auf dem südliche R o n n e Ice Shelj

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Entfernung von der Aufsetzline [km]

Abbildung 4.11: Partikelpfad fü das östlich Ronne Ice Shelf aus der Kontinuitäts gleichung der Massenerhaltung fü ein im Bereich der Aufsetzlinie abgelagertes Partikel.

Auf die weiteren Ergebnisse aus der Analyse der Firnkerne wird hier nicht ein- gegangen, d a nur die Akkumulationsrate ein wesentlicher Faktor fü die Massen- bilanzberechnungen ist und in spätere Kapiteln (Kap. 6 und 7) Verwendung findet.

Angaben zu den Messungen und Ergebnissen finden sich bei Graf et al. (1996).

Im Dokument Untersuchungen zu Massenhaushalt und Dynamik des Ronne Ice Shelfs, Antarktis Investigations On mass balance and dynamics of the Ronne Ice Shelf, Antarctica Astrid Lambrecht (Seite 58-64)