Helmholtz-Zentrum Deutsches Geoforschungszentrum

South African Geodynamic Observatory Sutherland | SAGOS

Das South African Geodynamic Observatory Sutherland (SAGOS) des GFZ wurde zwischen 1998 und 2000 eingerichtet und beruht auf einem 1998 zwischen dem GFZ und der National Research Foundation (NRF) South Africa unterzeichneten Kooperationsvertrag. Das Observatorium befindet sich auf dem Campus des South African Astronomical Observatory (SAAO) und wird durch Mitarbeiter von SAAO und GFZ gemeinsam unterhalten.

Das SAGOS-Observatorium befindet sich ca. 350 km nordöstlich von Kapstadt (bei 20.81° östlicher Länge und 32.38° südlicher Breite in ca. 1755 m Höhe über dem Meeresspiegel). Die Küste des Südatlantischen Ozeans ist ca. 200 km entfernt. Die Region um Sutherland ist tektonisch gesehen eine sehr ruhige Zone, weit entfernt vom tektonisch aktiven Ostafrikanischen Grabenbruch. Geologisch handelt es sich hier um ein großes Dolorit-Plateau mit einer mehrere Kilometer mächtigen Lage Dolorit. Der in Sutherland unmittelbar anstehende Fels ermöglicht eine sehr gute Ankopplung der für die Supraleit-Gravimetrie (SG) installierten Pfeiler an das Grundgestein. Die Umgebung ist eine einsame Gegend ohne Industrie und Mikro-Seismizität.

Klimatisch gesehen liegt Sutherland  an einem Übergang zwischen Sommer- und Winter-Niederschlagszonen. Dadurch treten keine starken jahreszeitlichen Temperaturschwankungen auf. Das Observatorium wurde außerdem in einem Hügel unter der Erdoberfläche errichtet (siehe obenstehende Abbildung) und ist dadurch vor störenden Umwelteinflüssen wie starken Winden und Temperaturschwankungen gut geschützt. Alle Räume sind thermisch isoliert und die Messkammer ist mit einer Klimaanlage ausgestattet. In der Messkammer befinden sich drei Pfeiler, die direkt im Dolorit-Fels gegründet sind. Zwei dieser Pfeiler dienen der Aufstellung von Supraleit-Gravimetern oder anderen geophysikalischen Messinstrumenten. Der dritte Pfeiler ist für Absolut-Schweremessungen vorgesehen, die in gewissen Zeitabständen zur Kalibrierung der Supraleit-Gravimeter durchgeführt werden müssen. In der äußeren Umgebung des Observatoriums wurden vier weitere Pfeiler zur Aufnahme von GNSS-Antennen oder anderen geodätischen Vermessungsinstrumenten errichtet.

SAGOS ist ein hochgenau registrierendes geodynamisches Observatorium, das geowissenschaftliche Raumverfahren und Boden-Instrumente umfasst. Gegenwärtig sind hier folgende Messsysteme installiert:

  • Ein Supraleit-Gravimeter (OSG D037), das Teil des IAG-Services International Geodynamics and Earth Tide Service (IGETS) ist. Ein weiteres Supraleit-Gravimeter (OSG 052) registrierte Messdaten zwischen 2008 und 2017, bis es im September 2017 deinstalliert wurde für den Betrieb auf der Zugspitze (ZUGOG). Die Messdaten beider Supraleit-Gravimeter (SG) stehen registrierten Nutzern in der IGETS-Datenbank des GFZ Potsdam zum Herunterladen zur Verfügung. Bei Benutzung des Datensatzes sollte folgende Referenz angegeben werden:  Förste, C., Voigt, C., Abe, M., Kroner, C., Neumeyer, J., Pflug, H., Fourie, P. (2016) Superconducting Gravimeter Data from Sutherland – Level 1. GFZ Data Services. http://doi.org/10.5880/igets.su.l1.001

    Supraleit-Gravimeter gestatten eine stationäre und kontinuierliche Registrierung zeitlicher Variationen des Erdschwerefelds mit sehr hoher Genauigkeit. Diese Messungen dienen hauptsächlich der Untersuchung von Massentransport-Phänomenen im System Erde, die mit Prozessen in der Atmosphäre und der Hydrosphäre zusammenhängen. Außerdem können damit global ablaufende, geodynamische Variationen des Erdschwerefelds wie Kernschwingungen, Erd- und Ozeangezeiten sowie Auflasteffekte studiert werden. 

  • Ein lokales Netz hydrologischer Sensoren für Bodenfeuchte und Grundwasserspiegel in Kooperation mit Sektion 5.4, deren Daten zusammen mit den hier ebenfalls registrierten meteorologischen Messungen für die Interpretation der SG-Messungen notwendig sind.
  • Ein permanent installierter GNSS-Empfänger (Stationsbezeichner: sutm) als Referenzstation des International GNSS Service (IGS). Die Daten dieser Station werden innerhalb der internationalen geodätischen Gemeinschaft für die Bestimmung globaler und regionaler  Bezugssysteme, zur Untersuchung der Kontinentaldrift, für die Berechnung von Satellitenbahnen u.a. verwendet.
  • Ein dreiachsiges Magnetometer, das hauptsächlich für Untersuchungen der Pulsationen des Erdmagnetfelds genutzt wird. Zusätzlich wird es auch zum Vergleich mit satellitenbasierten Magnetfeldmessungen verwendet. Das Magnetometer wurde in Zusammenarbeit mit dem Hermanus Geomagnetic Observatory installiert. Diese südafrikanische Forschungseinrichtung nutzt die magnetischen Messdaten aus Sutherland zum Beispiel im internationalen Projekt PLASMON, das durch die Eötvös-Loránd-Universität in Ungarn koordiniert wird.

Publikationen zu SAGOS

2022

Sulzbach, R., Wziontek, H., Hart-Davis, M., Dobslaw, H., Scherneck, H.-G., Van Camp, M., Dahl Omang, O. C., Antokoletz, E. D., Voigt, C., Dettmering, D., Thomas, M. (2022): Modeling gravimetric signatures of third-degree ocean tides and their detection in superconducting gravimeter records. Journal of Geodesy, 96, 35, https://doi.org/10.1007/s00190-022-01609-w

2020

Boy, J.-P., Barriot, J.-P., Förste, C., Voigt, C., Wziontek, H. (2020) Achievements of the First 4 Years of the International Geodynamics and Earth Tide Service (IGETS) 2015–2019, International Association of Geodesy Symposia. Springer, Berlin, Heidelberg, doi: 10.1007/1345_2020_94

Hu, W., Lawson, M. M., Budker, D., Figueroa, N. L., Kimball, D. F. J., Mills, A. P., Voigt, C. (2020): A network of superconducting gravimeters as a detector of matter with feeble nongravitational coupling. - European Physical Journal D, 74, 115, https://doi.org/10.1140/epjd/e2020-10069-8

Rosat, S., Boy, J.-P., Bogusz, J., Klos, A. (2020) Inter-Comparison of Ground Gravity and Vertical Height Measurements at Collocated IGETS Stations, International Association of Geodesy Symposia. Springer, Berlin, Heidelberg, doi: 10.1007/1345_2020_117

2019

Mikolaj, M., Reich, M. and Güntner, A. (2019) Resolving Geophysical Signals by Terrestrial Gravimetry: A Time Domain Assessment of the Correction‐Induced Uncertainty. JGR: Solid Earth 124, doi: 10.1029/2018JB016682

Mulargia, F. (2019) Unexplained spectral peaks in Earth tremor. Geophys. J. Int. 216, doi: 10.1093/gji/ggy420

2018

Bogusz, J., Rosat, S., Klos, A. and Lenczuk, A. (2018) On the noise characteristics of time series recorded with nearby located GPS receivers and superconducting gravity meters. Acta Geod. Geophys.,
doi: 10.1007/s40328-018-0212-5

Cui, X., Sun, H., Xu, J., Zhou, J. and Chen, X. (2018) Detection of free core nutation resonance variation in Earth tide from global superconducting gravimeter observations. Earth, Planets and Space 70:199, doi: 10.1186/s40623-018-0971-9

Shao C.-G., Chen, Y.-F., Sun, R., Cao, L.-S., Zhou, M.-K., Hu, Z.-K., Yu, C. and Müller, H. (2018) Limits on Lorentz violation in gravity from worldwide superconducting gravimeters. Physical Review D 97 (2), doi: 10.1103/PhysRevD.97.024019

2017

Rosat, S., Lambert, S.B., Gattano, C. and Calvo, M. (2017) Earth’s core and inner-core resonances from analysis of VLBI nutation and superconducting gravimeter data. Geophys. J. Int. 208, 211-220, doi: 10.1093/gji/ggw378

Valencio, A., Grebogi, C. and Baptista M. S. (2017) Methods for removal of unwanted signals from gravity time-series: Comparison using linear techniques complemented with analysis of system dynamics. Chaos 27, 103126, doi: 10.1063/1.4996452

2016

Jiang, Y., Xu, J.-Q., Sun, H.-P., Liu, Z.-W. and Li, H. (2016) Theoretical calculation and experimental detection of the inner core translational triplet based on a rotating, slightly elliptical Earth model. Chinese Journal of Geophysics 59 (8), 2754-2764, doi: 10.6038/cjg20160803

Mahed, G. (2016) Gravimetry and Its Application To Geohydrology. South African Journal of Geomatics 5, 301-312, doi:10.4314/sajg.v5i3.3

Mahed, G. (2016) Development of a conceptual geohydrological model for a fractured rock aquifer in the Karoo, near Sutherland, South Africa. South African Journal of Geology 119, 33-38, doi:10.2113/gssajg.119.1.33

Mikolaj, M., Meurers, B. and Güntner, A. (2016) Modelling of global mass effects in hydrology, atmosphere and oceans on surface gravity. Comput. Geosci. 93, 12-20, doi: 10.1016/j.cageo.2016.04.014

Vey, S., Güntner, A., Wickert, J., Blume, T. and Ramatschi, M. (2016) Long-term soil moisture dynamics derived from GNSS interferometric reflectometry: a case study for Sutherland, South Africa. GPS Solut. 20 (4), 641-654. doi: 10.1007/s10291-015-0474-0

Zabranova, E. and Matyska, C. (2016) Low-Frequency Centroid Moment Tensor Inversion of the 2015 Illapel Earthquake from Superconducting-Gravimeter Data. Pure Appl. Geophys. 173, 1021-1027, doi: 10.1007/s00024-016-1252-9

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