GNSS-Monitoring in Alaska

von Dr. Anja Dufresne (RWTH-Aachen University)
und Florian Schäfer (ALLSAT)

Karte mit Einkreisung wo das Projekt in Alaska stattgefunden hat.
Abb. 1
Alaska – im Süden der Kenai Peninsula
Die Abrisskante des 1967er Bergsturzes in Alaska.
Abb. 2
Die Abrisskante des 1967er Bergsturzes (GNSS-Monitoring in Alaska)

GNSS-Monitoring in Alaska die Motivation

Einer der Forschungsschwerpunkte des Lehrstuhls für Ingenieurgeologie und Hydrogeologie (LIH) an der RWTH Aachen ist die Erkundung von Naturgefahren. Dies umfasst die Identifizierung und Kartierung von Hanginstabilitäten, kinematische und numerische Stabilitätsanalysen, sowie die Überwachung (Monitoring) von Deformationsprozessen.
Seit 2016 besteht eine enge Zusammenarbeit mit KollegInnen in Alaska, wo im Zusammenhang mit
sich zurückziehenden Gletschern und anderen Einflüssen weitläufig Hänge Instabilitäten aufweisen.
Zuletzt brachen im Oktober 2015 rund 75 Millionen Kubikmeter Fels aus einem Hang, der erst seit einigen Jahren eisfrei über dem Fjord (Taan Fiord – Higman et al., 2018) steht. Dieser Bergsturz löste einen Tsunami aus, der zum
Glück nur eine Region betraf, die von Menschen nicht besiedelt und nur selten besucht wird. Derzeit stehen
u.a. Barry Arm (eine Tagesreise von Anchorage entfernt) und Grewingk Glacier (im Süden der Kenai Peninsula;
Abb. 1) im Fokus von Forschung und Medien.

Aussicht über die vom 1967er Tsunami überschwemmte Fläche (helle Vegetation im Hintergrund);
Zelte auf der Alpine Ridge als Maßstab.
Abb. 3
Aussicht über die vom 1967er Tsunami überschwemmte Fläche (helle Vegetation im Hintergrund);
Zelte auf der Alpine Ridge als Maßstab

Messgebiet

Vor zwei Jahren machte sich ein Zweierteam des LIH zusammen mit Kollegen von Ground Truth Trekking
(Seldovia, Alaska) auf, um die Region um Grewingk Glacier hinsichtlich zukünftiger Forschungs- und Überwachungsarbeiten zu erkunden. Die Zeichen eines Bergsturzes im Jahr 1967 sind noch sehr klar in der
Landschaft zu erkennen. Die Abrisskante am Hang (Abb. 2) dokumentiert die fehlenden drei Millionen Kubikmeter, während die Ebene an der Kachemak Bay die Geschichte des durch den Bergsturz ausgelösten Tsunamis erzählt (Abb. 3). Die hellgrüne und gelbe Vegetation in Abb. 3 ist erst nach der Zerstörung durch die Tsunamiwelle nachgewachsen. Diese erste Erkundung war erfolgreich und der Antrag, den das LIH in Kooperation mit Ground Truth Trekkung und der University of Alaska gestellt hat, wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für drei Jahre finanziert.

Bereits bei der Vorerkundung vor zwei Jahren wurden Referenzpunkte oberhalb der steilen Hänge, die den See und Gletscher im Süden flankieren (Abb. 4), in den Felsen gebohrt und per GPS eingemessen. Weitläufige Strukturen im Hang und auf dem Kamm (Abb. 3) deuten Deformation an und das Ziel dieser Messkampagne ist es, festzustellen, ob diese Strukturen aktiv sind oder von alten Bewegungen stammen. Auf Basis der Ergebnisse können Rückschlüsse auf Ausmaß und Bewegungstyp eventueller Instabilitäten gezogen und weitere Überwachungsmaßnahmen
geplant werden.

Im Rahmen der Vorerkundung besichtigten die Forscher aus Aachen und Alaska die steilen Felshänge,
Quellen und Spalten entlang des Grewingk Sees mittels Packrafts
Abb. 4
Im Rahmen der Vorerkundung besichtigten die Forscher aus Aachen und Alaska die steilen Felshänge,
Quellen und Spalten entlang des Grewingk Sees mittels Packrafts

Messausrüstung beim GNSS-Monitoring in Alaska

Für die diesjährige Messkampagne wurde ein neues GNSS-System angeschafft. Die Anforderungen an das System sind vielfältig. Um auch geringe Punktbewegungen detektieren zu können, ist eine sehr gute GNSS Performance notwendig. Trotzdem ist vor allem eine kompakte und robuste Bauform für die schwierigen Messbedingungen vor Ort wichtig. Des Weiteren muss das System autark arbeiten können und auch über lange Zeiträume GNSS-Rohdaten aufzeichnen können. Aus diesen Gründen hat sich die ALLSAT für eine Individuallösung bestehend aus zwei JAVAD Triumph-2 und zwei faltbaren Solarmodulen entschieden (Abb. 5). Die Solarpanels besitzen ein sehr kleines Packmaß, sodass die Anreise zum abgelegenen Messort nicht zusätzlich erschwert wird. Mit einer Leistung von 120 W und den internen Akkus der Triumph-2 ist ein vollständig autarker Betrieb möglich. Für die Komplettlösung wurden von ALLSAT individuelle Kabel mit angepassten Spannungsreglern gefertigt, welche zudem das Laden weiteren Equipments wie Mobiltelefonen erlaubt.

Triumph-2 mit Solarpanel zum GNSS-Monitoring in Alaska
Abb. 5
JAVAD Triumph-2
mit Stativ und faltbarem Solarpanel

Die Überwachung und Konfiguration der beiden Triumph-2 im Feld erfolgt über die JAVAD Mobile-Tools App auf dem Smartphone. Die Datenauswertung findet im Post-Processing mit Hilfe der Software JAVAD Justin 3 statt. Dabei dient ein Triumph-2 als lokale Referenzstation und der andere als Monitoringstation auf den verschiedenen zu überwachenden Messpunkten. Zur Vorbereitung auf die Messkampagne wurden Probemessungen in Aachen durchgeführt. Außerdem erhielten die verantwortlichen Mitarbeiter der RWTH Aachen eine Schulung zu GNSS Grundlagen und das Post-Processing mit JAVAD Justin.


IHR ANSPRECHPARTNER

Florian Schäfer

Tel.:+49 173 5193133
florian.schaefer@allsat.de