Fernerkundung mithilfe von Flugzeugen Fliegende „Schwerefeldmesser“ - scinexx | Das Wissensmagazin
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Fernerkundung mithilfe von Flugzeugen

Fliegende „Schwerefeldmesser“

Schweremessung vom Flugzeug mithilfe von GPS © GFZ Potsdam

Ob Wetterbeobachtung, Messung des Erdmagnetfeldes oder die exakte Standortbestimmung durch GPS: Satelliten sind heute aus Forschung und Wirtschaft nicht mehr wegzudenken. Fast schon in Vergessenheit geraten scheint dagegen die Fernerkundung mithilfe von Flugzeugen – vor wenigen Jahren noch die Standardmethode zur Beobachtung der Erdoberfläche. Doch auch heute noch sind sie für Wissenschaftler bei der Vermessung von kleinräumigen Gebieten aufgrund ihrer höheren räumlichen Auflösung unverzichtbar.

Vom Flugzeug aus können aber nicht nur herkömmliche Luftbilder gemacht oder die Geländeoberfläche für Reliefdarstellungen gescannt werden, auch die Erkundung des Erdschwerefeldes ist möglich. Dazu werden an Bord von Helikoptern oder Flugzeugen empfindliche Messgeräte, so genannte Gravimeter, eingebaut, die auch kleine Veränderungen im Schwerefeld der überflogenen Gebiete registrieren. Diese Daten tragen dazu bei, dass sich die Wissenschafter dann ein Bild über die tektonischen Verhältnisse im Erdinneren oder die Zusammensetzung der Gesteine im Untergrund machen. Diese so genannte Aerogravimetrie stellt das Bindeglied zwischen den extrem genauen, dafür aber lokal begrenzten Messungen durch Bodenstationen und den räumlich weniger hoch aufgelösten, dafür aber globalen Satellitenaufnahmen dar.

Navigation und GPS

Die Schwierigkeit bei der Messung aus der Luft besteht vor allem in den zahlreichen Störfaktoren, die während des Fluges auftreten. Hierzu zählen nicht nur Erschütterungen durch Luftturbulenzen oder die Veränderungen im Neigungswinkel von der horizontalen Lage, sondern auch die selbst bei ruhigem Flug auftretenden Höhen- und Geschwindigkeitsunterschiede. Um diese Fehlerquellen möglichst gering zu halten, ist vor allem eine empfindliche Schwingungsdämpfung und Horizontierung des Gravimeters durch eine kreiselgesteuerte Plattform wie auch die exakte Navigation des Flugzeuges erforderlich. In der Regel finden die Messungen daher bei möglichst stabilen Wetterlagen und mit eingeschaltetem Autopiloten statt.

Viel wichtiger als die ruhige Hand am Ruder ist allerdings die zentimetergenaue Positionsbestimmung des Flugzeuges – selbst wenn es sich mit 250 Stundenkilometern oder schneller bewegt. Zu diesem Zweck kommt eine spezielle Variante des Global-Positioning-Systems (GPS) zum Einsatz: Neben der üblichen Positionsberechnung durch mindestens drei Satelliten werden die Peilsendungen einer festen Bodenstation hinzugezogen. Erst dieser unbewegliche Referenzpunkt, das so genannte kinematisch-differentielle GPS mit exakt bekannten Koordinaten, gewährleistet die benötigte hohe Genauigkeit von nur wenigen Zentimetern Abweichung.

CHICAGO in Südamerika

Die Schweredaten, die aus dem Flugzeug aufgenommen wurden, haben die internationalen Wissenschaftler zu einem Schweremodell der chilenischen Küste zusammengesetzt. Der dunkel blaue Streifen zeigt die negativen Abweichungen dort im Gravitationsfeld, wo die pazifische Platte unter die südamerikanische abtaucht. © CHICAGO / GFZ Potsdam

Diese besondere Art der Schwerefeldmessung setzten beispielsweise Wissenschaftler des GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) im Rahmen des deutsch-chilenischen Projekts CHICAGO in Südamerika ein. Ihr Interesse galt den plattentektonischen Vorgängen entlang der chilenischen Westküste, an der die Ostpazifische Platte unter die kontinentale Platte abtaucht. Dieser Prozess, die so genannte Subduktion, führte unter anderem zur Entstehung der Anden und ist auch für die vulkanischen Aktivitäten in der Region verantwortlich.

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Da jedoch eine direkte Beobachtung des Plattenverhaltens tief unter der Erdoberfläche nicht möglich ist, mussten die Forscher auf indirekte Daten so auch Schwerefeldmessungen zurückgreifen. Denn winzige lokale Schwankungen der Schwerkraft zeigen Dichteunterschiede der im Untergrund liegenden Gesteine an. Diese wiederum halfen den Forschern, nicht nur die unterschiedlichen tektonischen Schichten zu identifizieren, sondern auch die heute noch stattfindende Krustenbewegung zu verfolgen.

(GeoUnion; GFZ Potsdam, 27.01.2006 – AHE)

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