A Discussion of IGS Solutions and Their Impact on Geodetic and Geophysical Applications

The International Association of Geodesy officially established the International GPS Service (IGS) on Janaury 1, 1994. Its prime objective is to provide support and a rerefence system for a wide variety of scientific and practical applications involving GPS. To fulfill its role the IGS also generates, in addition to its fundamental products (orbital/staion positions and consistent Earth orientation parameters), additional reference-system products providing the necessary infrastructure, standards, and means of calibrations for timing and various atmospheric applications of GPS. The generation and efficient application of IGS products and their impact on a number of positioning and atmospheric applications, including low earth orbit satellites, is reviewed and discussed. @ 1998 John Wiley & Sons, Inc.     

Strain determination from the measurement of pebble shapes

Cross-sections of pebbles or other near-ellipsoidal bodies in rocks can be measured in three planes, conveniently chosen orthogonal to each other, but otherwise oriented arbitrarily. The three sets of measurements, referred to a single Cartesian coordinate system, can in principle be used to calculate the average pebble shape. Some of these measurements, however, are necessarily redundant and, generally, not compatible without adjustments for the distribution of an error. The calculation of the average ellipsoid is developed, as is that of the strain which transforms an original sphere into such an ellipsoid. This calculation involves the distribution by a weighted least-squares method of the error due to redundancy and leads to the assignment of an estimated error to each of the second-rank tensor components of the strain. The assumption is made that, after being referred to the common coordinate system, the measured values for each tensor component have a normal distribution. This assumption may not always be correct but could be tested before this method is used.     

The figure of the earth — Changes in concepts

The search for the Figure of the Earth is rooted in the age-old wonder about the world we live in. The ancient mythical notions have developed, under the tutelage of Greek systematic thought, into specific questions of the shape and size of the Earth. The history of these questions, now spanning more than two millenia, shows a continuous refinement in formulation, as each bona fide answer prompted refined measurements which, in turn, started a new round of problems. The change in concept of what one was looking for was, and still is, closely connected with the technical capability and its potential for further development. This change in concept is traced here from ancient times to the present throungh some of its milestones: Anaximander's partly invisible celestial sphere and Pythagoras' spherical Earth; Eratosthenes' exemplary combination of astronomy and land surveying for the dual purpose of determining the size of the spherical Earth and making a map of the habitable world; the identical dual purpose followed by the Académie Royale des Sciences in the 17th century, but on a more sophisticated technical level; the challenge to the spherical concept by Newton's gravitational theory and the absorption of that theory into a wider concept of the Figure of the Earth; the acknowledgment of the irregular geoid by Gauss, Bessel, and Helmert, and the changed significance of the ellipsoid; Heiskanen's and Vening Meinesz' ‘Basic Hypothesis of Geodesy’ concerning the hydrostatic equilibrium of the Earth, and O'Keefe's contradiction on the basis of satelite data; the dream of global surveys come true through satellite geodesy and the accompanying inclusion of the outer gravity field of the Earth into the concept of its Figure; and lastly, the present and projected capability of high precision measurement and the widening of the concept of the Figure of the Earth from 3-dimensional rigidity to 4-dimensional time-dependence.     

Results of a 36-hour storm surge prediction of the North Sea for 3 January 1976 on the basis of numerical models

Summary To explore the feasibility of forescasting North Sea storm surges by integrating numerically a combined atmospheric-oceanographic physical model, the severe storm and the resulting water levels occurring on 3 January 1976 were simulated as a first step into this direction. For this purpose, the atmospheric model was run with a resolution of 8 levels in the vertical and a horizontal grid spacing of 1.4° in latitude and 2.8° in longitude on the hemisphere. The initial conditions are based upon observations of 2 January 1976, 12 GMT, i.e. about 24 hours before the storm reached its greatest intensity in the southern parts of the North Sea.The surface wind predicted by the atmospheric model was converted into stress values through a bulk formula which then entered the vertically integrated North Sea model, to yield the desired water elevations in a 22 km-grid. Moreover, also the observed wind, stemming from a careful re-analysis of the storm situation, was handled in the same way. The numerically obtained results were compared with gauge measurements at a number of coastal stations.

---

Ergebnisse einer 36stündigen Vorhersage der Nordsee-Sturmflut am 3. Januar 1976 aufgrund von numerischen Modellen

Zusammenfassung Zur Untersuchung der Möglichkeiten, Sturmfluten mit physikalischen Modellen der Atmosphäre und der Nordsee vorherzusagen, wurde als erster Schritt in dieser Richtung die schwere Sturmflut an der deutschen Nordseeküste vom 3. Januar 1976 nachgerechnet. Hierzu wurde das im Sonderforschungsbereich 94 entwickelte Atmosphärenmodell auf der Grundlage der hydro- und thermodynamischen Gleichungen mit einer Auflösung von 8 Flächen in der Vertikalen sowie 1,4° in der geographischen Breite und 2,8° in der geographischen Länge auf der gesamten Nordhalbkugel über 36 Stunden numerisch integriert. Als Eingangsdaten dienten die Beobachtungen vom 2. Januar 1976, 12 Uhr. dieser Termin liegt ca. 24 Stunden vor Eintritt des stärksten Sturmes im Bereich der Deutschen Bucht.Die auf diese Weise prognostizierte Windverteilung wurde über der Nordsee in Schubspannungswerte überführt, woraus das Nordseemodell mit den hydrodynamischen Gleichungen die Wasserstandswerte in einem 22-km-Netz berechnete. In entsprechender Weise wurde mit einem aus Beobachtungen während dieses Zeitraums gewonnenen Windfeld verfahren; diesem lag eine besonders sorgfältige, nachträglich angefertigte Analyse des Seewetteramts Hamburg zugrunde. Die so errechneten Wasserstände sind dann mit Pegelmessungen verglichen worden.

---

Résultats d'une prédiction d'onde de tempête de 36 heures de la mer du Nord pour le 3 janvier 1976 sur la base de modèles numériques

Résumé Afin d'étudier la possibilité de prévior les ondes de tempête en mer du Nord en intégrant numériquement un modèle physique combiné atmosphère-océan, la forte tempête du 3 janvier 1976 et des niveaux d'eau qui en ont résulté ont été simulés comme premier pas dans cette voie. Dans ce but, on a fait fonctionner le modèle atmosphérique avec une résolution de 8 niveaux dans le plan vertical et un réseau horizontal aux pas de 1,4° en latitude et de 2,8° en longitude sur l'hémisphère. Les conditions initiales sont basées sur les observations du 2 janvier 1976 à 12h GMT, c'est-à-dire environ 24 heures avant que la tempête n'atteignît sa plus forte intensité dans les parties méridionales de la mer du Nord.Le vent en surface prédit par le modèle atmosphérique était converti par l'intermédiaire d'une formule globale en valeurs de tensions qui étaient alors introduites dans le modèle de la mer du Nord intégré verticalement, pour obtenir les hauteurs d'eau désirées, dans un réseau de 22 km de côté. En outre, le vent observé, issu d'une nouvelle analyse soignée de la situation de tempête, était aussi traité de la même manière. Les résultats obtenus numériquement furent comparés aux mesures fournies par les marégraphes en un certain nombre de stations côtières.

     

Eodiagenetische Vorgänge bei der Bildung von Salinargesteinen

Zusammenfassung Chemische Präzipitate bleiben als Sedimente nur so lange erhalten, als sie mit der darüberstehenden Lösung, dem Bodenwasser des Salinarbeckens, im chemischen Gleichgewicht stehen. Die in dem Laugenkörper solcher Meeresbecken bestehenden, horizontalen Dichtegrenzen, die auf Konzentrationsunterschieden beruhen, können sich durch klimatische, meeresgeographische u. a. Veränderungen vertikal verschieben. Dadurch ist das Sediment (der Bodenkörper) Umbildungen ausgesetzt. Verdünnung der Lauge bringt entweder totale Wiederauflösung oder selektive Rücklösung der leichtestlöslichen Sediment-Anteile mit sich: durch NaCl-Auflösung bei Haliten ein tonig-anhydritisches Residuum (hardground), Sylvinitisierung (bis Halitisierung) durch Ent-Carnallitisierung (MgCl₂-Wegführung) bei Kalisalzen. Tiefgreifende Umkristallisationen und Entstehung von polygonalen Pfeilern erheblicher Tiefenerstreckung sprechen für Stillstand der Sedimentation und für subaquatische Verkarstung. Auf mechanische Umformungen durch Wellenschlag gehen wohl Augensalze und Knollenanhydrite zurück (Tempestite). An paläogeographisch geeigneten Positionen entstanden durch Gleitbewegungen (slumping) Breccienbänke und Falten erheblichen Ausmaßes in Anhydriten und Kalisalzen. Alle diese Vorgänge werden in das früheste Stadium der Diagenese eingeordnet.Zur Vermeidung der aus zwei verschiedenen Sprachen zusammengesetzten Wortkombination Frühdiagenese wird die BezeichnungEodiagense hiermit in Vorschlag gebracht.

---

Chemical deposits are only preserved as sediments when they are in chemical equilibrium with the lowermost part of the brine basin. The brine bedding, caused by density, or concentration respectively, can be disturbed by changes of climate, by currents a. s. o. When the brine boundaries are shifted in vertical direction the bottom sediment may be transformed. A thinning of the brine will give rise either to total re-dissolution or to any selective removal of the highest soluble substance, f. i. NaCl from rock salt, by leaving anhydritic or marly residuals (hardground), or MgCl₂ from Carnallite, by leaving Sylvite etc. Breaks within the progressive sedimentation produce polygonal structures reaching several meters down into the pre-existing halite sediment. And thatone may be recrystallized in big scale. Physical influence, as movement in the waterbody by wind and waves, gave rise to so-called augensalz, fragmental anhydrites a. s. o. Brecciated anhydrites as well as huge creeping folds in anhydrites and in potash beds have to be explaned by slumping.All these transformations are caused by early diagenesis. For avoiding the term early diagenesis≓ which is composed by 2 words of different languages, the wordEodiagenesis is proposed herewith.

---

Résumé Les sédiments chimiques ne sont conservés qu'aussi longtemps qu'ils sont en équilibre chimique avec la partie basale de la saumure qui se trouve au-dessus d'eux. Les plans de stratification, dûs aux différences de densité liées à la concentration en sels dans la saumure peuvent se déplacer verticalement sous l'action d'influences climatiques, océaniques, tectoniques etc., ce qui expose le sédiment déposé à des transformations. Une dilution de la saumure peut provoquer une redissolution totale ou une dissolution sélective des sels suivant leur solubilité. Par example: dans les halites normales, la solubilisation du NaCl laissera comme résidu un »hardground« composé d'une substance argiloanhydritique; dans les sels potassique, par la dissolution sélective du MgCl₂, la carnallitite sera transformée en sylvinite. — Dans nombre de gisements de halite des structures en pilliers polygonaux de quelques mètres de puissance, où la halite peut Être complètement récrystallisée sont probablement à attribuer à un arrÊt de la sédimentation et à une karstification.Des textures »conglomératiques« observées dans les anhydrites et dans les halites (»Knollenanhydrit«, »Augensalz«), sont à rapporter à l'action des vagues et pourraient donc Être des »tempestites«. Des bancs bréchoides et les plis d'ampleur considérable dans les anhydrites et les sels potassiques ne peuvent Être expliqués que par des glissements subaquatiques.Tous ces événements sont à classer dans un stade très précoce de la diagénèse. Pour éviter le terme de »Frühdiagenese« qui provient de deux langues différentes, il est proposé ici, de désigner ces changements diagénétique précoces sous le nom de »éodiagénèse«.

---

, . , . — « » — . , , , - — hardground —, — — . . . . . , , « » «».

     

Thermal metamorphism of primitive meteorites—IX. On the mechanism of trace element loss from Allende heated up to 1400° C

We report data for Ag, Bi, Cd, Co, Cs, Ga, In, Se, Te, Tl and Zn determined by neutron activation in Allende samples heated for one week at 100° increments in the 1000–1400°C range in a low pressure (initially 10^?5atmH₂) environment using an apparatus of novel design. In the extremes, concentrations of these trace elements—initially present at ppm-ppb levels—in unheated material are lowered even farther by factors of 10^?4–10^?5 over a broad temperature span. Loss of some elements above 1000°C extends trends evident below 1000°C; loss of others is even more extreme. On Arrhenius diagrams some elements exhibit but one apparent activation energy over the entire temperature span of loss while others exhibit 2 or 3, each operative in a particular temperature region. These discontinuities seem related to mineralogic/petrologic alteration and probably reflect differences in diffusion mechanism rather than siting differences. The extension of previous experiments into the temperature regime postulated for chondritic differentiation should lead to a better understanding of the evolution of meteoritic parent bodies.     

Zur geomagnetischen Tiefensondierung

Zusammenfassung Eine Kurvenvergleichsmethode zur Interpretation räumlicher Induktions-pfeilprofile wird unter der Voraussetzung entwickelt, dass die Verteilung der von den geomagnetischen Variationen im Erdinnern induzierten Ströme linear ist. Sie gründet sich auf die lineare Abhängigkeit der Länge des Induktionspfeils von der vertikalen Komponente des Biot-Savartschen Gesetzes. Die Frequenzabhängigkeit des Induktionspfeiles ermöglicht die Angabe eines für die Leitfähigkeitsstruktur charakteristischen Widerstandes und einer Induktivität. Wird zur Bestimmung von Induktionspfeilen das gesamte Horizontalfeld benutzt, so geht die Linearität der Beziehung zwischen Pfeillänge und Ortsfunktion verloren. Für eine Reihe von Strommodellen werden derartige Ortsfunktionenp _z berechnet und diskutiert. Sie dienen als Beispiele von Musterkurven für die entwickelte Interpretationsmethode.

---

Summary One curve-matching method is developed in order to interprete the geomagnetic induction arrow profiles when the distribution of telluric currents in the underground is assumed to be linear. It bases on the linear dependence of the lengths of the induction arrows from the vertical component of the Biot-Savarts Law, which is a function of the radius vector. This is valid when the inducing field has only a horizontal component and the induced horizontal field is zero. In case that the model approximates the current distribution one gets a resistivity and an inductivity from the dependence of frequency of the induction arrows. Some model curves concerning several current distributions are drawn and discussed.

---

---

Mitteilung aus dem Geomagnetischen Institut der DAW, Potsdam, Nr. 212.     

Die Darstellung des geomagnetischen Potentials zur Epoche 1945,0 durch eine Entwicklung nach Kugelfunktionen bis zur 15. Ordnung

Zusammenfassung Es werden die Ergebnisse einer Berechnung des geomagnetischen Potentials in Form einer Reihenentwicklung nach Kugelfunktionen bis zur 15. Ordnung auf Grund der magnetischen Weltkarten für die Epoche 1945,0 vonE. H. Vestine und andern vorgelegt. Bei der Ableitung des Potentialausdrucks nach der Methode der kleinsten Quadrate wurden die Orthogonalitätseigenschaften der Kugelflächenfunktionen vollständig ausgenutzt.

---

Summary The results of the analysis of the main geomagnetic field for the epoch 1945.0 in a series of spherical harmonics to the 15th degree are presented. The analysis is based on the world magnetic charts derived byVestine et al. The coefficients of the potential are calculated by least-squares approximation taking advantage of the orthogonality of the spherical harmonics over discrete ranges.