Consistent estimation of geodetic parameters from SLR satellite constellation measurements

In this paper, we consistently estimate geodetic parameters such as weekly 3-D station coordinates, Earth orientation parameters (EOP) including daily x/y-pole coordinates and the excess length of day \(\Delta \hbox {LOD}\), and selected weekly Earth’s gravitational field (Stokes) coefficients up to degree and order 6 from Satellite Laser Ranging measurements to up to 11 geodetic satellites. The SLR constellation consists of LAGEOS-1/2, Etalon-1/2, Stella, Starlette, Ajisai, Larets, LARES, BLITS and WESTPAC, and its observations cover a time span of 38 years ranging from February 16, 1979, to April 30, 2017. If multiple satellites with various altitudes and orbit inclinations are combined, correlations between estimated parameters are significantly reduced. This allows us (i) to investigate the ability of satellite constellations to reduce existing correlations and (ii) to estimate reliable parameters with higher precision compared to the standard 4-satellite constellation (LAGEOS-1/2, Etalon-1/2) which is currently used by the International Laser Ranging Service for the determination of the Terrestrial Reference Frame (TRF) and EOP products. In particular, the Stokes coefficients, EOP and TRF datum parameters (three translations, three rotations, one scale factor), which are highly correlated with satellite-specific orbit parameters, are improved. From our investigations, we found for an 11-satellite solution compared to the above-mentioned 4-satellite solution a decrease in the scatter of the TRF datum parameters of up to 37%, the transformation residuals are decreased by up to 22%, the scatter of the EOP is decreased by up to 22%, and their mean values are decreased by up to 84% w.r.t. the reference solutions. The largest improvement is obtained for the Stokes coefficients which significantly benefit from a combination of multiple satellites (inclinations and orbit altitudes). In total, single coefficients are improved by up to 93% and the overall improvement is up to 74%. Moreover, it could be clearly identified that Ajisai significantly disturbs the TRF solution due to an erroneous center-of-mass correction. We further quantify the impact of specific satellites on the determination of different geodetic parameters and finally evaluate the potential of the existing SLR-tracked spherical satellite constellation to support the goals of GGOS.     

Über den Schwermineralgehalt von anstehendem und verwittertem Brockengranit nördlich St. Andreasberg

Zusammenfassung Es wird der Gehalt an durchsichtigen Schwermineralen im anstehenden Granit und seinen Verwitterungsprodukten am Südrand des Brockengranitmassivs nördlich St. Andreasberg quantitativ untersucht.Die Korngrößenverteilung einzelner Schwerminerale im anstehenden und verwitterten Gestein wird angeführt. Dabei werden Rückschlüsse auf ihre mechanische und chemische Stabilität gezogen. und Zirkon hier fast nurmechanisch beeinflußbar sind.Die Verwitterung begünstigt die Bildung von Anatas, Epidot und vielleicht Brookit.Die Ausbildung der beschriebenen Schwermineralfamilie scheint das Ergebnis pneumatolytischer Bildungsbedingungen und hydrothermal-autometamorpher Umwandlung des Granits zu sein und erfährt letztlich eine Wandlung in situ durch die Verwitterung.     

Bergfußflächen und das System der Flächenbildung in den ariden Subtropen und Tropen

Zusammenfassung In den Trockengebieten sind in der Fußregion von Bergen und Gebirgen ausgedehnte Fußflächen entstanden. Sie sind Ausgleichsflächen zwischen den in Abtragung befindlichen höheren Reliefteilen und den tiefer liegenden Vorlandebenen. Zerschnitten oder unzerschnitten haben sie entscheidenden Anteil am gesamten Flächenrelief. Die Tendenz zur Erhaltung älterer Flächenteile prägt das Gesamtbild des Flächenreliefs der ariden Zone. Bereiche der Zerschneidung und solche der Flächenerhaltung schließen sich klimazonal nicht aus. Die Morphogenese aller Fußflächen beginnt mit der ersten syn- bzw. posttektonischen Anlage einer Initialfläche.Fußflächen mit mehreren Niveaus und Terrassen bilden auf morphologisch weichen (wechselharten) Sedimentgesteinen ein Glacis-System, während besonders auf Kristallingestein ausgedehnte Pedimentflächen entstanden sind. Mit zunehmend ariderem Klima sind alle Fußflächen wenig oder nicht mehr zerschnitten. Morphogenetisch sind Glacis und Pedimente gleichartige Bildungen desselben klimatisch-geomorphologischen Systems der ariden Zone, morphographisch zeigen sie Unterschiede.Die ariden Subtropen und Tropen bilden klimatisch-morphologisch ein eigenes morphodynamisches und genetisches System der Flächenbildung auf der Erde.

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In arid regions wide piedmont plains (Fußflächen) have been formed as the glacis of higher mountains. They are compensation levels (Ausgleichsflächen) between higher parts of relief which are at present eroded, and the lower foreland plains. Whether they are dissected or not, they constitute a large part of all plains. The trend to conserve older parts of the relief is reflected in the whole appearance of the arid zone. Regions of erosions and of plain conservation do not exclude each other in the same climatic zone. The morphogenesis of all piedmont plains begins with a first syntectonic or posttectonic disposition towards an Initial plain (Initialfläche).Piedmont plains with various levels and terraces may develop as a glacissystem on alternatively soft and hard sediments, while on crystalline material extensive rock pediments are formed.In a climate becoming more arid, dissection of all piedmont plains decreases. From a morphogenetic point of view, glacis and rock pediments are similar formations of the same climatic-geomorphological system of the arid zone. Only morphographically they show differences.With regard to climatic morphology, the arid subtropics and tropics have their own morphodynamic and genetic system of plain formation.

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Résumé Dans les zones arides, des glacis étendus se sont formés dans les régions de piémont. Ils représentent des « surfaces d'aplanissement » entre les régions élevées du relief et les plaines de piémont en contre-bas. Les glacis, qu'ils soient entaillés ou non, ont une part importante dans le relief des surfaces d'érosion de la zone aride. La tendance à la conservation d'aplanissements anciens est caractéristique dans cette zone dans laquelle l'érosion linéaire et la conservation des glacis d'érosion sont de la même efficacité. La morphogenèse de tous les glacis dérive d'une « surface initiale » syntectonique ou post-tectonique, qui est la surface de départ.Les glacis sur roches sédimentaires (peu résistantes ou tendres) présentent une morphologie typique comportant plusieurs niveaux de glacis et terrasses (système de glacis). Dans le domaine des roches résistentes et moins hétérogènes, surtout sur roche cristalline, dominent souvent des surfaces pédimentaire étendues et moins inclinées. Les glacis et les pédiments sont de moins en moins entaillés en fonction de l'aridité croissante du climat. Génétiquement, tous les deux sont des unités du relief très voisines du système zonal aride, morphographiquement ils présentent des différences.Le système morphodynamique et génétique de la zone aride (subtropicale et tropicale) constitue, à côté de la zone tropicale humide, l'un des grands ensembles morphoclimatiques du globe.

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Eine zusammenfassende, bisher unveröffentlichte Darstellung der Flächenbildung in ariden Klimagebieten hat der Verfasser erstmalig auf einem Symposium über Fragen der Flächenbildung in den Tropen und Subtropen in Saarbrücken im Oktober 1967 gegeben. Auf der Jahrestagung der Geologischen Vereinigung in Göttingen im Februar 1968 wurde ebenfalls über diesen Fragenkreis der klimageomorphologischen Forschung referíert. Dieser Beitrag gibt den Inhalt der genannten Vorträge wieder.     

Chemical and tectonic controls on the formation of sparry magnesite deposits — the deposits of the northern Greywacke Zone (Austria)

The sparry magnesite deposits of the northern Greywacke Zone are situated at the base of thrust sheets. Model calculations and natural examples suggest that an inverse temperature gradient can only be established at the base of a thrust sheet if thrusting is so rapid as to be geologically unrealistic. Independently of this thrusting induces a fluid flow from the lower units to the front of the moving thrust sheet. Stability data of magnesite and dolomite in contact with fluids with different Ca/(Ca+Mg) ratios suggest that this tectonically induced fluid flow produce magnesite from preexisting dolomite by metasomatism.

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Zusammenfassung Die Spatmagnesitvorkommen der Nördlichen Grauwackenzone liegen innerhalb von Deckengrenzen. Modellberechnungen zeigen, daß ein inverser Temperaturgradient sich nur dann an der Basis von Decken einstellen kann, wenn die Überschiebungsgeschwindigkeit so groß wird, daß sie geologisch unglaubwürdig ist. Deckenüberschiebungen erzeugen aber in jedem Fall in der überschobenen Einheit einen zur Deckenfront hin gerichteten Fluidstrom. Eine Betrachtung der Stabilitätsdaten für Magnesit und Dolomit im Gleichgewicht mit einer fluiden Phase mit unterschiedlichen Ca/(Ca+Mg)-Verhältnissen zeigt, daß durch einen solchen Fluidstrom metasomatisch Magnesit aus Dolomit gebildet werden kann.

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Résumé Les dépôts de magnésite spathique de la Grauwacken Zone septentrionale sont situés à la base d'unités charriées. Un calcul de modélisation et des exemples naturels montrent qu'un gradient inverse de température ne peut s'établir à la base d'une unité charriée qu'à la condition d'admettre une vitesse de charriage tellement élevée qu'elle est irréaliste. D'autre part, le phénomene de charriage induit un déplacement de fluide depuis les unités inférieures vers le front de la nappe. Les données relatives aux conditions de stabilité de la magnésite et de la dolomite en présence de fluides de divers rapports Ca/Ca+Mg permettent de déduire que le flux ainsi engendré par la tectonique peut engendrer la magnésite par métasomatose à partir de dolomite préexistante.

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The Footprint for Estimation of Atmosphere-Surface Exchange Fluxes by Profile Techniques

The flux footprint, that is the contribution per unit emission from each element of the upwind surface area to measurement of the vertical flux of a passive scalar, is calculated for fluxes estimated by micrometeorological profile techniques. It is found that the upwind extent of the footprint for concentration-profile flux estimates is similar to that of the footprint for eddy-covariance flux measurements, when the eddy-covariance measurement is made at a height equal to the arithmetic mean of the highest and lowest profile measurement heights for stable stratification or the geometric mean for unstable stratification. The concentration-profile flux footprint depends on the ratio of the highest to the lowest measurement height, but is insensitive to the number of measurement levels. The concentration-profile flux footprint extends closer to the measurement location than does the 'equivalent eddy-covariance flux footprint, and the difference becomes more pronounced as the ratio of the profile measurement heights increases. The flux footprint for the Bowen-ratio technique is identical to that for a two-level profile measurement only for very limited circumstances. In the more general case, a flux footprint cannot be defined for the Bowen-ratio technique and the uniform upwind fetch required for representative flux measurements depends on the specific spatial distribution of surface fluxes.     

A Pan-African alkaline pluton intruding the Saramuj Conglomerate,south-west Jordan

The geological setting, petrography and bulk mineral chemistry of a monzodiorite and a presumably consanguineous megaporphyry with large (up to 25 cm) labradorite megacrysts, both intruding the upper Proterozoic Saramuj Conglomerate in south-west Jordan (south eastern shore of the Dead Sea), were examined. The crystallization temperatures of the monzodiorite and the megaporphyry as determined from pyroxene thermometry and supported by contact metamorphic mineralogy are about 700 and 900°C, respectively. The intrusion depth of the monzodiorite is about 3–4 km. The monzodiorite was emplaced in the Saramuj Conglomerate at about 595 + 2 Ma ago according to Rb/Sr and U/Pb age determinations.The stratigraphic positions of the monzodiorite, megaporphyry and their host rock (the Saramuj Conglomerate) were compared with time-equivalent lithologies in the Arabian-Nubian Shield. Correspondence to: H. Wachendorf     

Zum Problem der Schichtlücken im Devon der Sierra Morena (Spanien)

Zusammenfassung Im Devon der nördlichen Sierra Morena und der Sierra de San Pedro treten Schichtlücken auf, die in den untersuchten Mulden ein unterschiedliches Ausmaß erreichen. Das Mitteldevon konnte nirgends nachgewiesen werden. Das Oberdevon folgt unmittelbar über unterdevonischen oder auch silurischen Schichten. Im südlichen Arbeitsgebiet kann sogar das Oberdevon fehlen, so daß unterkarbonische Sedimente über silurischen und älteren Schichten liegen.Für das Fehlen von Oberdevon kann Schwellenbildung und damit verbundene Abtragung vermutet werden. Die Schichtlücken im Unter- und Mitteldevon der übrigen Gebiete scheinen dagegen durch Unterbrechung der Sedimentzufuhr erklärbar zu sein.

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In the Devonian of northern Sierra Morena and Sierra de San Pedro there exist stratigraphical breaks of different amount in the investigated troughs. No Middle Devonian could be found. Upper Devonian rests directly upon Lower Devonian or Silurian rocks. Due to the occasional lack of Upper Devonian in the southern area under discussion even sediments of Lower Carboniferous age may superpose Silurian and older deposits.The absence of Upper Devonian is supposed to be caused by development of ridges and their erosion. However, stratigraphical breaks during Lower and Middle Devonian in the other areas seem to be explicable by non-deposition.

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Résumé Dans les synclinals étudiés du Dévonien de la Sierra Morena septentrionale et de la Sierra de San Pedro il y a des lacunes stratigraphiques atteignant de différentes ampleurs. Dévonien moyen ne fut nulle part observé. Dévonien supérieur suit immédiatement les couches du Dévonien inférieur ou bien du Silurien. Dans le secteur méridional il y a même des lacunes stratigraphiques du Dévonien supérieur, et les sédiments du Carbonifère inférieur reposent sur le Silurien ou sur des couches plus anciennes.Il est possible qu'un soulèvement d'un paléorelief accompagné de l'érosion soit responsable de la lacune du Dévonien supérieur. Quant aux lacunes du Dévonien inférieur et moyen des autres régions elles sont plutôt à expliquer par non-déposition.

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