Monitoring lithospheric motions by Satellite geodesy
Tid: Fr 2020-09-18 kl 10.00
Ämnesområde: Geodesi och geoinformatik, Geodesi
Respondent: Nureldin A. A. Gido , Geodesi och satellitpositionering
Opponent: Professor Hossein Nahavandchi, Norwegian University of Science and Technology
Handledare: Docent Mohammad Bagherbandi, Geodesi och satellitpositionering; Professor Eremitus Lars E. Sjöberg, Geodesi och satellitpositionering; Docent Faramarz Nilfouroushan, University of Gävle
Abstract
Förståelsen av globala och lokala dynamiska processer på jorden har stor betydelse för vår kännedom om olika förlopp av betydelse för liv och hållbarhetsmål på planeten (t.ex. klimatförändringar, geo-riskbedömning, etc.). Processerna påverkas till stor del av jordens olika typer av massfördelning och dessas förändringar i tiden, som kan kvantifieras och modelleras med hjälp av samtidiga och kompletterande data från olika vetenskaper, särskilt geovetenskaper som utnyttjar artificiella satelliter. I denna avhandling, som är baserad på fem vetenskapligt granskade artiklar, studerar vi massförändringar i litosfären (dvsjordskorpan och övre manteln) och även deformationer i skorpan som registreras som tyngdkraftsvariationer i kombinationer med data från bl.a. geodetiska satelliter.I den första uppsatsen studeras horisontella tektoniska spänningar i jordens mantel i Fennoscandia och dessas förändringar i tiden orsakade av geodynamiska processer med hjälp av data från satellitprojektet Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE). Vi visar att de beräknade spänningarna överensstämmer med de tektoniska och seismiska aktiviteterna. Den sekulära förändringshastigheten för den horisontella spänningen, som ligger inom 95 kPa/år, visar sig vara större utanför landhöjningskupolen än inne i studieområdet.I den andra uppsatsen studeras avsmältningen av permafrost i polartrakterna och de tyngdkraftsförändringar som därav följer i termer av förändringar av grundvattenlagring (ΔGWS). Även här används GRACE-data, men också observationer från andra satelliter och markbaserade instrument i de nordliga polartrakterna. Resultaten av en preliminär numerisk analys avslöjar en hög korrelation mellan de sekulära trenderna för växthusgasen CO2, temperatur och ekvivalent vattennivåni de utvalda regionerna. Vidare ökar de GRACE-baserade GWS-uppskattningarna, som hänför sig till permafrostens avsmältning, med hastigheter av 3 -4 cm/år.Den tredje artikeln undersöker de storskaliga GWS-förändringarna baserade på data från GRACE och olika hydrologiska modeller över de stora oljereservoarerna i Sudan. Resultaten är korrelerade med tillgängliga produktionsdata för oljebrunnar. Med användning av fritt tillgängliga data från satelliten Sentinel-1 studeras dessutom deformationsytan på marken, som är förknippad med olje-och vattenutarmning. Våra resultat visar att det finns en signifikant korrelation mellan de GRACE-baserade GWS-avvikelserna ochde extraherade olje-och vattenvolymerna. Trenden med ΔGWS-förändringar på grund av uttagen av vatten och olja varierar mellan -18,5 ± 6,3 och -6,2 ± 1,3 mm/år med månadsuppgifterna från Center for Space Research GRACE-lösningar och den bästa testade hydrologiska modellen i denna studie. Dessutom visar
ivvår analys av data från Sentinel-1 Synthetic Aperture Radar (SAR) vid användning av metoden Persistent Scatterer Interferometry (PSI) att markytan i området sjunker med en hastighet av mellan -24,5 ± 0,85 och -6± 0,88 mm/år.I den fjärde artikeln beräknas en kombinerad Moho-modell med seismik-och tyngdkrafts-data. Syftet är att undersöka sambandet mellan litosfärens isostatiska tillstånd och seismisk aktivitet i Östafrika, Egypten, Kongo och Saudiarabien. Resultaten visar att isostatisk balans och kompensationstillstånd är nära korrelerade med seismicitetens mönster i regionen. Artikel presenterar en metod för att bestämma jordskorpans tjocklek och densistetskontrasten mellan skorpa och mantel. Vi finner enlåg densitetskontrast om cirka 200 kg/m3och en tunn skorpa om cirka 30 km i området Afar i Östafrika, där tre kontinentalplattor glider isär (”triple junction”), som bekräftar tillståndet för överkompensation i riftdals-områdena. Dessutom är densitetskontrasten kraftigt korrelerad med jordbävningsaktiviteten, spänningar i manteln samt och vulkanfördelningen i Östafrika.Den femte och sista uppsatsen undersöker markytans deformation över Gävle stad i Sverige med hjälp av Sentinel-1 data och PSI teknik, och analyserar även historiska avvägningsdata. PSI-tekniken används för att kartlägga platsen för riskzoner och pågående sättningar.Vår PSI-analys visar att Gävle centrum är relativt stabilt med mindre deformationer som sträcker sig mellan -2,0 mm/åroch +2,0 mm/åri vertikalaochöst-västriktningar. Däremot sjunker markytan nordost om staden med en årlig hastighet om cirka -6mm/år. Jämförelser visaren nära överensstämmelse mellan markytans sättning erhållen med finavvägning och PSI. De regionala geologiska uppgifternajämfördes med PSI-resultaten, och resultatet visar att områdena där marken sjunker mestadels är belägna i zoner där massorna under markytan är markerade med konstgjorda fyllmaterial.