In einem neuen Forschungsprojekt mit dem Namen G-MONARCH werden gravimetrische Verfahren eingesetzt, um das Verständnis über den alpinen Wasserhaushalt am Beispiel der Zugspitze zu verbessern. G-MONARCH steht für „Gravity-MONitoring for Alpine Research Catchment Hydrology“. Durch die Analyse der Schwerkraft (engl. gravity) werden Aussagen über die ihr zugrundeliegenden Massen und ihre Veränderungen möglich. Das Projekt wird von Franziska Koch von der Universität für Bodenkultur (BOKU) Wien geleitet, am Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ sind federführend Christian Voigt, Wissenschaftler Sektion 1.2 „Globales Geomonitoring und Schwerefeld“ und Leiter des Zugspitze Geodynamic Observatory Germany (ZUGOG), und Frank Flechtner, Leiter der Sektion 1.2 und Professor an der TU Berlin.

Innovativer Ansatz mit idealen Bedingungen auf der Zugspitze

Die Zugspitze bietet aufgrund ihrer besonderen Geologie sowie der vorhandenen Infrastruktur und Instrumentierung für dieses Projekt ideale Bedingungen. Ein im ehemaligen, mittlerweile denkmalgeschützten Max-Planck-Labor auf dem Gipfel der Zugspitze installiertes Supraleitgravimeter, Teil des 2018 vom GFZ installierten Zugspitze Geodynamic Observatory Germany (ZUGOG), misst kontinuierlich die Änderungen der Schwerebeschleunigung an diesem Ort. Sie wird häufig mit einem Wert von 9,81 m/s² angegeben und vereinfacht als konstant an der Erdoberfläche angenommen, ist bei exakter Betrachtung jedoch sowohl räumlich als auch zeitlich variabel: Die Masse als Ursache der Schwerkraft ist nicht überall auf und in der Erde gleichmäßig verteilt und sie kann sich zeitlich – zum Beispiel durch Niederschläge oder Gletscherschmelzen – lokal ändern.

Die große Innovation gegenüber allen anderen existierenden hydrologischen und meteorologischen Messverfahren liegt darin, dass sich mit der Gravimetrie alle Veränderungen von hydrologischen Massen in Form von Wasser, Schnee und Eis in der Umgebung von ca. 50 Quadratkilometern gesamtheitlich erfassen und quantifizieren lassen. Die Zugspitze wird also quasi kontinuierlich gewogen: Bei Schneefall wird sie schwerer und bei Schnee- und Gletscherschmelze wird sie leichter.

Hintergrund zum Projekt

Die Auftaktveranstaltung des Projektes G-MONARCH fand am 16. und 17.11.2023 in Wien statt. Das Projekt wird vom Österreichischen Wissenschaftsfonds FWF und der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG über einen Zeitraum von drei Jahren mit einem Gesamtvolumen von knapp 1 Mio. Euro finanziert. Beteiligt an dem Projekt sind Forscher:innen der Universität für Bodenkultur (BOKU) Wien, des GFZ Potsdam, der TU Berlin und der Universität Augsburg sowie der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus UFS und weitere nationale und internationale Partner.

Aufgaben und Ziele des Projektes

Im Zuge des Projektes werden im Zugspitzgebiet intensive Untersuchungen zur Hydrologie des Gebietes und zum Auf- und Abbau der Schneedecke vorgenommen. Dabei werden ein umfangreiches Bündel an Messgeräten, satelliten- und drohnengestützte Erdbeobachtung und computergestützte Modellansätzen zum Einsatz kommen.

Ziel dieser Untersuchungen ist es, zu klären, inwieweit eine Hinzunahme gravimetrischer Verfahren zu einer verbesserten Erfassung hydrologischer Prozesse im alpinen Raum beitragen und die an der Zugspitze gewonnenen Erkenntnisse auf nicht-instrumentierte Regionen übertragen werden können. Außerdem wird erwartet, wichtige Beiträge zur Unterstützung zukünftiger Satellitenmissionen liefern zu können, um weltweit eine bessere flächendeckende Beobachtung der Schnee- und Wasservorräte zu ermöglichen.

Projektpartner:

• Universität für Bodenkultur Wien, Universität Augsburg

Projektdauer:

• Oktober 2023 - September 2026

Finanzierung:

• Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) (siehe auch: https://gepris-extern.dfg.de/gepris/projekt/516655888)

Projektbezogene Publikationen:

• Koch, F., Gascoin, S., Achmüller, K., Schattan, P., K.-F., Wetzel, Deschamps-Berger, C., Lehning, M., Rehm, T., Schulz, K., Voigt, C. (2024). Superconducting gravimeter observations show that a satellite-derived snow depth image improves the simulation of snow water equivalent in a high alpine site. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL112483.
  https://doi.org/10.1029/2024GL112483