Modelling Transient Electromagnetic (TEM) responses in Rock Glaciers: A Comparative Analysis of Literature-Based Models with Application to the Äußeres Hochebenkar Rock Glacier

Blockgletscher in den Alpen sind zunehmend von der fortschreitenden Degradation des Permafrosts betroffen und ihre Instabilität bringt wachsende Risiken für lokale Gemeinschaften und deren Infrastruktur mit sich. Daher ist die Untersuchung ihrer inneren Struktur von entscheidender Bedeutung. Die Transiente Elektromagnetische Methode (TEM) ermöglicht eine effiziente Datenerfassung in unwegsamem Gelände, wurde jedoch im Vergleich zu elektrischen und seismischen Verfahren bislang nur selten in alpinen Blockgletschern angewendet. Ein besseres Verständnis der Parameter, die das Verhalten der TEM Daten in Blockgletschern steuern, kann die geophysikalische Dateninterpretation verbessern und das Potenzial von TEM als Methode evaluieren. Diese Arbeit untersucht den Einfluss von Schichtmächtigkeit und des spezifischen elektrischen Widerstandes auf das Verhalten der modellierten TEM Daten bei Verwendung eines drei- (aktive Schicht, gefrorener Körper, Untergrundgestein) und vierlagigen (mit einerleitfähigen Sub-Permafrost-Schicht) Schichtmodells. Dazu wurde ein kombinierter Ansatz, der die Vorwärtsmodellierung literaturbasierter Daten mit der Analyse von Felddaten des Äußeren Hochebenkar Blockgletschers (Ötztal, Österreich) integriert, umgesetzt. Aus den diagnostischen Merkmalen der numerischen Experimente wurde ein Regelwerk entwickelt, das charakteristische Muster in TEM Daten von Blockgletschern beschreibt und zur Kategorisierung literaturbasierter Vorwärtsmodelle dient. Auf Grundlage der Schichtdetektierbarkeit wurden die Modelle in drei Kategorien eingeteilt, die a) vollständig, b) teilweise und c) nicht detektierbare Schichtsysteme darstellen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Kontrast des spezifischen elektrischen Widerstandes zwischen benachbarten Schichten sowie die Schichtmächtigkeit die dominierenden Faktoren sind, die das Verhaltender TEM Daten beeinflussen. Beide Parameter können den Einfluss des jeweils anderen teilweise ausgleichen. Kritische Schwellenwerte, unter denen die Detektierbarkeit einzelner Schichten unter typischen Blockgletscherbedingungen erwartet werden kann, wurden definiert. Eine Klassifizierung des Äußeren Hochebenkar Blockgletschers (HEK) ist aufgrund mehrerer einschränkender Faktoren nicht möglich. Dazu zählen Störeinflüsse infolge der Abschaltphase des Stroms und Einflüsse induzierter Polarisation (IP). IP Effekte verursachen signifikante Veränderungen in den TEM Daten, welche mit einer klassischen Modellierung des spezifischen elektrischen Widerstands nicht dargestellt werden können. Um die interne Struktur des HEK zu erfassen und eine Klassifizierung zuermöglichen, wird für zukünftige Untersuchungen ein kombinierter Ansatz aus elektrischen, elektromagnetischen Verfahren und der spektralen IP Methode empfohlen.