Gleichstromgeoelektrik zur Erkundung der inneren Struktur und der Dicke von Meereis

Die Kenntnis der inneren Struktur von Meereis ist bei vielen Messverfahren Voraussetzung fur die exakte Bestimmung der Dicke von Meereis. In dieser Arbeit soll erstmalig das Verfahren der Gleichstromgeoelektrik zur zweidimensionalen und dreidimensionalen Erkundung der inneren Struktur von Meereis eingesetzt werden.Zur bestmoglichen Erfassung von Inhalt und Aussage der Ergebnisse sowie zur optimalen Beurteilung von deren Genauigkeit und Qualitat wird zunachst die Theorie der Gleichstromgeoelektrik und Inversion so knapp und vollstandig wie im Rahmen dieser Arbeit moglich hergeleitet. Fur horizontal geschichtete Zweischichtfalle, bei denen der spezifische Widerstand der unteren Schicht kleiner ist als derjenige der oberen Schicht, wurde ein neues Verfahren zur Auswertung einer Tiefensondierung entwickelt. Die Messdaten der Tiefensondierung werden dabei durch eine modifizierte Fermifunktion angepasst, wodurch sich unmittelbar die Machtigkeit der oberen Schicht sowie die spezifischen Widerstande beider Schichten ergeben.Anhand von synthetischen Modellen fur Ostsee- und arktisches Meereis wurde systematisch untersucht, in welchem Wertebereich der 2D-invertierten spezifischen Widerstande die Grenze zwischen Meereis und Meerwasser anzusiedeln ist. In diesem Zusammenhang wird ein Postulat zur Eingrenzung des moglichen Wertebereichs fur die Eisdicke anhand von invertierten Aquiresistivitatsflachen aufgestellt. Anhand dieser systematischen Analyse werden auserdem die Wertebereiche der Inversionsparameter eingeschrankt und die optimalen Inversionsprogramme fur die vorliegende Problemstellung ausgesucht.In dieser Arbeit wurden die Inversionsprogramme DC2DInvRes, DC3DInvRes, DC2D-Topo und DC3DTopo in Kooperation mit der Universitat Leipzig sowie RES2DINV und RES3DINV in Kooperation mit der Technischen Universitat Berlin genutzt. Als Inversionsmethode wurde dabei die robuste Smoothness-Constrained -Inversion als Modifikation der Marquardt-Levenberg-Inversion gewahlt.Die gleichstromgeoelektrischen Messungen wurden wahrend der beiden Expeditionen ARK20-2 im Sommer 2004 in der Arktis sowie IRIS2005 im Fruhjahr 2005 in der Ostsee durchgefuhrt. Am 2D-Messdatensatz einer Multielektroden-Anordnung uber einen Presseisrucken in der Arktis (ARK20-2) wird die Prozessierung mittels DC2DInvRes bis zum endgultigen Modellergebnis anschaulich dargestellt. Es werden Bohr- und EM31-Daten zum Vergleich sowie zur endgultigen Spezifizierung des moglichen Bereichs der Grenze zwischen den Medien Meereis und Meerwasser herangezogen. Im Anschlus werden die 3D-Messdaten mehrerer Multielektroden-Profile uber einen Presseisrucken in der Ostsee (IRIS2005) mittels DC2DTopo und DC3DTopo prozessiert und das Ergebnis mit Bohrdaten verglichen. In diesem Zusammenhang wird der Wertebereich der moglichen Eisdicken anhand des Kriteriums optimaler Korrelation bei minimaler Streuung zwischen den erbohrten und den geoelektrisch ermittelten Eisdicken eingeschrankt. Es folgt die Einfuhrung eines Faktors f bzw. f _ der geoelektrischen Meereisdickenunterschatzung in Abhangigkeit von der wahren bzw. geoelektrisch ermittelten Eisdicke. Das endgultige Inversionsergebnis wird durch Streckung der Modellzellen mit dem Faktor 1/f erhalten. Anhand der endgultigen Inversionsergebnisse fur die beiden Presseisrucken aus ARK20-2 bzw. IRIS2005 konnte die Meereisdicke bis auf eine Ungenauigkeit von 1 m bzw. 2 m bestimmt werden. Aus dem Vergleich der Inversionsergebnisse von ARK20-2 und IRIS2005 wird ersichtlich, dass die geoelektrische Bestimmung der Meereisdicke stark von der Jahreszeit, dem Alter des Eises und vom Widerstandskontrast zwischen Meereis und Meerwasser abhangt. Die Schlussfolgerungen aus den Inversionsergebnissen von ARK20-2 bzw. IRIS2005 konnen demnach nur bezuglich mehrjahrigen, sommerlichen Presseises bzw. sehr jungen, winterlichen Presseises verallgemeinert und ubertragen werden.Zuletzt wird das Inversionsergebnis der Messdaten aus der Ostsee mit den Meereisdicken verglichen, die sich durch ein hubschraubergestutztes elektromagnetisches Messverfahren ergeben. Dieses unterschatzt die Machtigkeit von Presseis. Es wird ein Losungsansatz zur Behebung der elektromagnetischen Meereisdickenunterschatzung vorgeschlagen.