Neue Magnetische Säkularpunktvermessung Deutschlands
M. Korte
[1]
& M. Fredow, GFZ Potsdam, Geomagnetisches Observatorium Niemegk
Die säkulare Änderung des Erdmagnetfeldes wird durch den Geodynamo im Erdkern erzeugt. In Deutschland und in mehreren europäischen Ländern wird diese Säkularvariation seit über 100 Jahren an möglichst denselben Meßpunkten beobachtet. In den Jahren 1999/2000 wurde eine neue magnetische Vermessung Deutschlands durchgeführt. Es ist die dritte magnetische Vermessung im wiedervereinigten Deutschland nach der ersten gemeinsamen Vermessung für 1992.5 (Beblo et al., 1995; Schulz et al., 1997) und einer von 1996.5. Darüber hinaus ist es die zweite magnetische Vermessung auf einem neu festgelegten Meßpunktnetz. Obwohl auch bei früheren Vermessungen jeweils viele bereits bestehende Punkte vermessen wurden, änderte sich das Punktnetz insgesamt doch immer beträchtlich. Die Gründe dafür sind vielfältig: teilweise wurden Punkte durch zivilisatorische Einflüsse zu stark magnetisch gestört, sehr dichte Vermessungen ließen sich aus finanziellen oder personellen Gründen nicht wieder realisieren oder spezielle Zielsetzungen und Interessen führten zu einer Änderung des Punktnetzes.
Um die Verteilung der magnetischen Elemente zu bestimmen, insbesondere auch der Deklination für navigatorische Zwecke, ist ein möglichst dichtes Punktnetz wünschenswert, auf die exakte Relokalisierung der Punkte bei weiteren Vermessungen kommt es nicht an. Im Gegensatz zu diesen magnetischen Landesvermessungen stehen die magnetischen Säkularpunktvermessungen. Für die detaillierte Bestimmung der Säkularvariation, also der langsamen internen Änderung des geomagnetischen Feldes, sind wiederholte Messungen auf exakt denselben Punkten notwendig, wobei die erforderliche Dichte des Punktnetzes geringer sein kann. Die genaue Bestimmung der Säkularvariation ist z.B. für die Untersuchung der noch ungeklärten Frage, ob sich großräumige Induktionsanomalien in Kruste und Mantel in regionalen Anomalien der Säkularvariation zeigen, von Interesse. Auch lassen sich magnetische Karten aus dichteren Vermessungen mit einem guten Modell der Säkularvariation mit ausreichender Genauigkeit aktualisieren, ohne eine erneute sehr dichte Vermessung durchzuführen. Mit dieser Motivation wurde 1998 beim Treffen der Observatoren von Niemegk, Wingst und Fürstenfeldbruck beschlossen, in Zukunft Säkularpunktvermessungen im eigentlichen Sinne durchzuführen. Für die Auswahl der Meßpunkte wurde im wesentlichen das Punktnetz der Vermessung 1996.5 zugrunde gelegt (Abb. 1).
Abb. 1: Punktnetz der neuen Säkularpunktvermessungen: Variometerstationen (Dreiecke), Stationen zweiter Ordnung (Kreuze) und die drei deutschen geomagnetischen Observatorien Wingst (WNG), Niemegk (NGK) und Fürstenfeldbruck (FUR).
Das angestrebte Intervall für die Wiederholung der Messungen liegt bei 2 Jahren, wobei jeweils innerhalb eines Jahres etwa das halbe Punktnetz vermessen werden wird. Die Vermessungen werden im wesentlichen vom Observatorium Niemegk durchgeführt.
Mit der neuen Vermessung konnte eine deutliche Verbesserung der Qualität der Ergebnisse erzielt werden. Diese Ergebnisse sollen die internen, vom Geodynamo erzeugten Anteile des Erdmagnetfelds an den Meßpunkten sein. Ein sehr wesentliches Problem liegt in der Überlagerung von internen und externen Anteilen des Magnetfeldes, deren Trennung nicht ohne weiteres möglich ist. Die externen Variationen des Magnetfeldes stammen von Stromsystemen in der Ionosphäre und Magnetosphäre und deren in der Erde induzierten Anteilen. Außerdem werden die internen Anteile für einen bestimmten Zeitpunkt gesucht, statt der auf verschiedene Tage verteilten Ergebnisse der Vermessungen an den verschiedenen einzelnen Punkten. Bisher wurden dazu die einzelnen Meßergebnisse mit Hilfe der Registrierungen des nächstgelegenen Observatoriums auf „Jahresmittelwerte“ reduziert. Dieses Verfahren wäre fehlerfrei, wenn die kurzperiodischen externen und induzierten Variationen am jeweiligen Meßpunkt und an dem Vergleichsobservatorium identisch wären. Da die Variationen jedoch mit räumlicher Entfernung und vor allem auch der elektrischen Leitfähigkeit des Untergrundes variieren, ergeben sich Fehler in der Korrektur um die externen Anteile, die 10 bis 20 nT betragen können (Korte, 1999). Diese Fehler lassen sich weitgehend vermindern durch die Verwendung eines Variometers, das die magnetischen Variationen direkt am Meßpunkt über einen Zeitraum von mindestens einem Tag registriert (Newitt et al., 1996). Damit können die Magnetfelder am Meßpunkt und an einem Observatorium in der Nähe auch zu Zeiten miteinander verglichen werden, an denen kaum externe Stromsysteme existieren und damit praktisch keine unterschiedlichen externen Magnetfelder zu beobachten sind. Die Säkularpunktvermessung 1999/2000 wurde mit zentralen Variometerstandorten durchgeführt. Das resultierende Punktnetz (Abb. 1) besteht aus Punkten erster und zweiter Ordnung: 12 hochgenaue Stationen mit Variometern direkt beim Meßpunkt und zusätzlich 30 Meßpunkte mit ausreichender Genauigkeit, da jeweils das nächstgelegene Variometer zur Reduktion der Daten verwendet wurde. Details über diese verbesserte Auswertung sowie die tabellierten Ergebnisse sind bei Korte und Fredow (2001) zu finden.
Die Abbildungen 2 und 3 stellen die Verteilung des geomagnetischen Feldes in Deutschland für die Epoche 1999.5 dar. Abb. 2 zeigt Interpolationen der Horizontalintensität, Deklination und Vertikalintensität. Die Isolinien zeigen auch kleinräumige Effekte, die auf magnetische Anomalien der Erdkruste zurückzuführen sind. Allerdings sind diese Anomalien durch das grobe Punktnetz durch Aliasing verzerrt. Abb. 3 zeigt Normalfelder, die hier durch Interpolationen mit Polynomen der 2. Ordnung berechnet worden sind, für alle sieben gebräuchlichen Komponenten des Magnetfelds. Hier sind alle kleinräumigen Anomalien soweit geglättet, daß die Abbildung in guter Näherung das magnetische Hauptfeld, also das im Erdkern erzeugte Magnetfeld, darstellt.
Literatur
Beblo, M., Best, A. und Schulz, G. (1995): Magnetische Karten der Bundesrepublik
Deutschland. Scientific Technical Report STR95/22. Potsdam.
Korte, M. (1999): Kombination regionaler magnetischer Vermessungen Europas
zwischen 1955 und 1995.
Scientific Technical Report STR99/11.
Korte, M. und Fredow, M. (2001): Magnetic repeat
station survey
of
Newitt, L. R., Barton. C. E. und Bitterly, J. (1996): Guide for magnetic
repeat station surveys. International Association of
Geomagnetism and Aeronomy.
Schulz, G., Beblo, M., Best, A., Auster, V. and Gropius, M. (1997): Definitive
results of the 1992.5 geomagnetic repeat station survey of
Abb. 2: Verteilung der Magnetfeldelemente
in Deutschland 1999.5 als einfache Interpolation der Meßwerte.
a) Horizontalintensität, b) Deklination, c) Vertikalintensität.
Abb. 3:
Normalfeldmodelle Deutschlands 1999.5 als Polynome der 2. Ordnung.
a) Horizontalintensität,
b) Deklination, c) Vertikalintensität, d) Totalintensität.
Abb. 3 (Forts.): Normalfeldmodelle
Deutschlands 1999.5 als Polynome 2. Ordnung. e) Inklination, f) Nordkomponente,
g) Ostkomponente.
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z.Zt.