06 Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie
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Item Open Access Volcanic evolution of Southern Tenerife (Canary Islands) during the Pleistocene and Holocene(2009) Kröchert, Jörg; Buchner, Elmar (PD Dr.)The Canary Islands are a group of volcanic ocean islands in the Central Atlantic near the continental margin of northwest Africa. Tenerife, with a volcanic history of more than 12 Ma of subaerial eruptions, is the largest island of the Canaries and is situated in the centre of the Archipelago. The Quaternary Bandas del Sur Formation in the South of Tenerife comprises a complex sequence of pyroclastic rocks and lavas and is part of the southern rift zone. In contrast to the northwest and northeast rift zones on Tenerife, the southern rift zone comprises a number of characteristics with respect to the morphological features, eruption cyclicity, and the geochemistry of the volcanic deposits. Various flank eruptions of the Las Cañadas volcano associated with basaltic lavas and the formation of cinder cones within the Bandas del Sur are important volcanic units for understanding the explosive volcanic cycles during the Pleistocene on Tenerife. Paleomagnetic studies, geochemical analysis of major and trace elements, and two radioisotopic dating (K-Ar) have been carried out on prominent cinder cones, to determine their stratigraphic position. By combining the results with previous K-Ar data in the Literature, the cones and lavas can be subdivided into three stratigraphic units. Cinder cones that belong to the first unit show reverse magnetization and Y/Nb ratios between 0.37-0.41; cinder cones of the second unit show normal magnetization and Y/Nb ratios of <0.35. The third unit comprises cinder cones with normal magnetization and Y/Nb ratios of about 0.47. The first two units were constructed between ~0.948-0.779 Ma and 0.323-0.300 Ma. These units define volcanic cycles that culminated in violent Plinian eruptions. The third and youngest unit possibly marks the beginning of a further volcanic cycle that started ~0.095 Ma ago. In order to reconstruct the uplift history of Tenerife, numerous uplifted fossil beaches and tuff cones were investigated. In the North and Northeast of Tenerife, the positions of fossil beaches indicate stable conditions since 130 ka. The uplift rates in southern Tenerife (within the Bandas del Sur) amount to a minimum of 15 m since 778 ka at Montaña Pelada and to a maximum of up to 45 m since 10 ka in the area of El Médano, suggesting an asymmetrical uplift of the island complex. The uplift in the South could be caused by seismic activity or mass loss due to flank collapse events. However, uplift due to ascending magma is more plausible. The fossil beach deposits of the El Médano area exhibit tubular-shaped concretions and concretionary dykes. These sediment structures have been interpreted as the result of a) the interaction between hot ignimbrites that overflowed wet beaches, b) fast accumulation of beach sands on hot and degassing ignimbrites, c) paleoliquefaction caused by an earthquake (seismites). Based on the interpretation as seismites, an intense paleoearthquake was proposed to be responsible for the generation of the paleoliquefaction structures. However, the sedimentary structures in question show the general criteria diagnostic for rhizocretions and root tubules with respect to their orientation, size, branching system, and style of cementation. Faults of a well-defined strike direction that precisely coincides with the southern rift fault system occur in the El Médano site. This fault system was generated contemporaneously with a chain of cinder cones ~948 ka ago. Open fractures in ignimbrites (~668 ka) and the fossil beach deposits (~10 ka) of the El Médano area suggest that the rift-associated fault system has been seismically active in the aftermath and probably is still active. A further fault system striking perpendicular to the rift-associated faults probably originates from a Holocene paleoearthquake of moderate intensity. Earthquake-induced ground effects in the fossil beach deposits of the study area are consistent with seismically induced ground effects of several recent and well-documented earthquakes and gravitational sliding triggered by an intense earthquake in Nicoya/Costa Rica in 1990. Both, the rift-associated and the earthquake-induced fault system, initially produced open cracks in the fossil beach deposits that were occupied by plants and subsequently stabilized by cementation. These results accentuate that the densely settled southern part of Tenerife is latently endangered by volcanic and seismic activity, though, currently, there are no indications of increasing volcanic activity in this region. Uplift due to recent magma loading is not observable and the intensity of a paleoearthquake in the El Médano area was probably considerably lower than mentioned in the literature.Item Open Access Empirical orthogonal function analysis of GRACE gravity data(2009) Bentel, KatrinThe Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) twin-satellite mission has been providing measurements of the time-varying gravity field of the Earth for almost seven years now. Gravity changes on Earth are due to mass changes and play an important role in Earth sciences. Monthly maps of mass changes are derived from the satellite measurements and need to be interpreted. The major difficulty in analyzing GRACE data are North-South stripes in the estimated gravity fields, caused by the fact that the GRACE satellites are flying in a near-polar orbit, one following the other. A microwave ranging instrument is measuring the distance between the two spacecraft, which is about 220 km. Due to these longitudinal stripes, major errors, analyzing the GRACE gravity fields is demanding. The technique of empirical orthogonal function (EOF) analysis is investigated in this thesis, and it is demonstrated the performance of EOF analysis for separating signal from noise and errors, and for identifying different sources of gravity changes in a real GRACE data set. EOF analysis is explained from a theoretical point of view and is applied to the GRACE data. Basically, the EOF method gives a transformation of the data into a new coordinate frame in the data space, where the axis are chosen according to the data variances. The core of the method is a singular value decomposition of the data matrix. The components obtained from this decomposition need to be interpreted, and signal has to be separated from noise. Additionally, EOF analysis can be used as a filtering tool. In the detailed data analysis, benefits and shortcomings of the EOF method are studied and described with respect to GRACE data. Global maps of mass changes as well as different smaller regions are analyzed, and global and regional results are compared.Item Open Access Einfluss lateraler Variationen in Lithosphäre und oberem Mantel auf den glazial-isostatischen Ausgleich in der Antarktis(2009) Rau, DanielDiese Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen der lateral variierenden Lithosphärenmächtigkeit auf die regionale glazial-isostatische Ausgleichsbewegung (GIA) in der Antarktis. Damit einhergehend wird auch die Viskosität des oberen Mantels variiert. Die Lithosphäre in der Antarktis ist in zwei Bereiche mit scharfem Übergang unterteilt, eine dicke Lithosphäre in der Ostantarktis und eine dünne Lithosphäre in der Westantarktis. Nun wird untersucht wie sich die verschiedenen Lithosphärendicken im Modell auf das Verhalten der nacheiszeitlichen Hebung bzw. auf den glazial-isostatischen Ausgleich auswirken. Zur Einordnung werden die Vertikalbewegung, die Horizontalbewegung sowie die Geoidhöhenänderung modelliert. Hierzu wird zunächst ein dreidimensionales (3D) Viskositätsmodell mit einer lateral variablen Lithosphäre erstellt. Dieses Erdmodell wird mit einem Lastmodell belastet, welches sich aus der Vereisungsgeschichte ICE-5G ergibt. Die Berechnung der in dieser Arbeit untersuchten Größen erfolgt unter Verwendung der spektralen Finite-Elemente-Methode für 3D viskoelastische Belastung. Durch ein inhomogenes Abschmelzen der Eismassen in der Antarktis sind dessen Auswirkungen in der Westantarktis stärker ausgeprägt. Um die Effekte der Lithosphärenvariation zu extrahieren, werden Vergleichsmodelle erstellt, die beispielsweise einen 3D-Mantel, jedoch nur eine eindimensionale (1D) Lithosphäre aufweisen. Anhand der durchgeführten Vergleiche wurde deutlich, dass der Einfluss der Lithosphärenmächtigkeit in Relation zu den Einflüssen des Mantels sehr gering ist. Lediglich im Bereich der Horizontalbewegungen ist ein Einfluss von 20-30 % der Gesamtgeschwindigkeit messbar. Für die Vertikalbewegungen bleibt der Einfluss mit < 1 mm/a unter 10 %, und für die Geoidhöhenänderungen ist die Änderung aufgrund von Lithosphärenvariationen < 0.10 mm/a. Der Einfluss der Mantelviskosität ist in allen Bereichen höher.Item Open Access GOCE sensitivity studies in terms of cross-over analysis(2009) Xue, YangThe GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) satellite, launched on 17 March 2009, for the first time applies satellite gravity gradiometry (SGG) to recover the Earth's gravity field with cm accuracy at a resolution of 100km. To meet the envisaged accuracy, measurement validation at cross-over points (XOs) is necessary. Typically, validation is based on gravity gradients (GGs). However, the coefficient matrix of the gravitational tensor is dependent on orientation. In order to avoid matrix rotation, analysis based on orientation-independent invariants is possible. By applying various noise models, the goodness of XO-validation based on GGs and invariants will be studied in this thesis. First, by determining the maximum of scalar products from two tracks, the XOs can be predicted. Next, using local polynomial approximation, the geographical coordinates of XOs are calculated by solving a system of equations. Due to the orbit drift, the interpolation of height is performed separately along ascending and descending track before final comparison. Considering a sampling rate of 1Hz, GGs and invariants in all points of a one-week orbit are simulated for the further interpolation at the XOs. To determine the goodness of the selected interpolation algorithm, a closed loop test with noise-free data is investigated first. Since signal to noise ratios of GGs and invariants are all above 70dB, the same algorithm is applied in closed loop tests with noisy data. Since GOCE can only provide high accuracy for the main diagonal tensor components, various noise models, i.e. homogeneous and inhomogeneous white noise as well as homogeneous and inhomogeneous coloured noise, are added to the simulated values. The comparison of the goodness of GGs opposed to invariants is based on the signal to noise ratio (SNR). In this study, the second invariant demonstrates better SNR than GGs and the third invariant in the case of homogenous noise. However, due to the impact of inaccurate GGs, the SNR of invariants is poorer than the SNR of all GGs in the case of inhomogeneous noise.Item Open Access Einfluss des direkten Strahlungsdrucks der Sonne auf CHAMP(2009) Petrescu, EmiliaDas Ziel dieser Studienarbeit ist die Untersuchung des Einflusses des Solardrucks auf die SWARM-Satellitenmission. Da die ersten SWARM-Messungen jedoch erst Ende 2010 zu erwarten sind, werden aufgrund ihrer großen Ähnlichkeit die Daten und das Makromodell der CHAMP Mission verwendet. Zur Berechnung des Solardrucks wird die Entfernung zwischen Sonne und Satellit bestimmt und mögliche Durchgänge durch den Erdschatten berücksichtigt. Die erforderlichen Parameter werden mittels der Positionen der Sonne, der Erde und des Satelliten bestimmt. Außerdem wird auch die Variabilität der Solarkonstante miteinbezogen. Für eine genauere Bestimmung muss zusätzlich die Form, die Masse und die Orientierung des Satelliten bezüglich der Sonne sowie seine Oberflächeneigenschaften berücksichtigt werden. Für den CHAMP-Satelliten hat der ermittelte Solardruck einen Betrag im den Bereich 3,10*10^-9 bis 9,08*^10-8 m/s². Darüber hinaus wird der Einfluss der verschiedenen Parameter auf dem ermittelten Solardruck untersucht. Es wird gezeigt, dass die Variation der Satellitenquerschnittsfläche den größte Einfluss aufweist. Der kleinste Einfluss wird von der Variation der Solarkonstante verursacht, da dieser Parameter durch die Lichtgeschwindigkeit reduziert wird. Folglich muss die Form und Orientierung des Satelliten genau modelliert und berücksichtigt werden.Item Open Access Harmonische Gravitationsfeldanalyse aus GPS-vermessenen kinematischen Bahnen niedrig fliegender Satelliten vom Typ CHAMP, GRACE und GOCE mit einem hoch auflösenden Beschleunigungsansatz(2009) Reubelt, Tilo; Grafarend, Erik W. (em. Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. tech.h.c. mult. Dr.-Ing. E.h.mult)Mit dem Start der Satellitenmission CHAMP im Sommer 2000 fing eine neue Ära der Schwerefeldbestimmung an, die inzwischen durch GRACE (seit Frühjahr 2002) erweitert wurde und durch GOCE (ab 2009) komplettiert werden soll. Der große Erfolg dieser Satellitenmissionen liegt neben ausgefeilten Messprinzipien vor allem auch darin begründet, dass mit Beginn von CHAMP erstmalig globale, homogene und flächendeckende Schwerefelddaten erfasst werden konnten. Verschiedene Messprinzipien garantieren eine Modellierung der langwelligen Schwerefeldanteile (Detailstrukturen >= 500 km) mit CHAMP über eine Auflösung bis in mittelwellige Bereiche (Detailstrukturen >= 250 km) bei GRACE bis hin zu hochfrequenten Anteilen (Detailstrukturen >= 150 km) mit GOCE. Die angewandten Messverfahren sind dabei die Bahnvermessung mit GPS bei CHAMP, die Erfassung der Abstandsänderung zwischen zwei hintereinander fliegenden Satelliten mit Hilfe einer hochgenauen Mikrowellenverbindung bei GRACE sowie die differentielle Beschleunigungsmessung zwischen Probemassen (Satellitengradiometrie) bei GOCE. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges Verfahren — der Beschleunigungsansatz — zur Gravitationsfeldbestimmung aus der Bahnvermessung mit GPS am Beispiel des CHAMP-Satelliten untersucht. Die eigentlichen Messgrößen bei der Bahnanalyse sind Trägerphasen und Pseudostrecken der GPS-Messungen zwischen den hoch fliegenden GPS-Satelliten und dem niedrig fliegenden CHAMP-Satelliten. Zur Analyse dieser Messgrößen wird traditionell das auf der Integration der Variationsgleichungen beruhende bahndynamische Verfahren angewendet, welches aufgrund der Integration und des nichtlinearen Gleichungssystems sehr rechenaufwändig ist. Aus diesem Grunde wurden im Hinblick auf CHAMP alternative und effiziente Analysemethoden wie das Energieintegral, das Randwertproblem für kurze Bahnbögen und der Beschleunigungsansatz entwickelt und untersucht. Diese alternativen Verfahren setzen allerdings voraus, dass zuvor die kinematische Bahn des CHAMP-Satelliten aus den GPS-Messungen bestimmt wurde. Fortschritte in der kinematischen Bahnbestimmung, die eine Genauigkeit kinematischer Orbits von 1–3 cm ermöglichen, motivieren zusätzlich den Einsatz der alternativen Analyseverfahren. Bei dem Beschleunigungsansatz werden zunächst aus kinematisch bestimmten CHAMP-Bahnen mittels numerischer Differentiation die auf den Satelliten wirkenden Beschleunigungen berechnet. Es zeigt sich dabei, dass aufgrund der zeitlichen Korrelation der Fehler kinematischer Bahndaten der rauschverstärkende Effekt der numerischen Differentiation stark abgeschwächt wird und somit die Satellitenbeschleunigungen genau genug bestimmt werden können. Nachdem diese Beschleunigungen von gravitativen und nicht-gravitativen Störeffekten bereinigt worden sind, können die gesuchten Kugelfunktionskoeffizienten des Gravitationsfeldmodells direkt durch Anwendung der Newton’schen Bewegungsgleichung bestimmt werden. Zur Lösung des großen linearen Gleichungssystems (für 2 Jahre CHAMP: ca. 6 Mio. Beobachtungen, 8278 Unbekannte für Grad und Ordnung 90) wird die hinsichtlich des Speicherplatzes und der Rechenzeit effiziente Methode der Präkonditionierten Konjugierten Gradienten vorgeschlagen und verwendet. Ein wichtiger Aspekt bei der Analyse von kinematischen Bahnen ist die Datenvorverarbeitung, da die Orbits Ausreißer enthalten, welche die Genauigkeit der Gravitationsfeldschätzung deutlich verschlechtern können. Es wurden verschiedene Verfahren zur Ausreißerelimination getestet, die entweder auf die Varianz-Information der kinematischen Bahnen zurückgreifen, oder Referenzinformation in Form von (reduziert) dynamischen Orbits und bereits bestehenden globalen Gravitationsfeldmodellen benötigen. Als überlegen gegenüber den Methoden der Datenvorverarbeitung erweisen sich die robusten Schätzer. Diese benötigen keine Referenzinformation, stattdessen werden ungenaue Beobachtungen iterativ heruntergewichtet. Die Genauigkeit und Effizienz des Beschleunigungsansatzes wird in dieser Arbeit anhand der Analyse von simulierten und realen 2-jährigen kinematischen CHAMP-Bahnen untersucht. Vergleiche mit den Ergebnissen aus dem klassischen Verfahren und den weiteren alternativen Methoden zeigen, dass mit dem Beschleunigungsansatz Gravitationsfeldmodelle ähnlicher oder sogar höherer Genauigkeit erhalten werden können. Die Gravitationsfeldmodelle können aus dem 2-jährigen kinematischen Orbit bis ca. Grad 80 mit einem Signal-zu-Rausch-Verhältnis > 1 bestimmt werden und zeigen eine Genauigkeitssteigerung gegenüber dem besten Gravitationsfeld der Vor-CHAMP-Ära, EGM96, bis ca. Grad 65.Item Open Access Marine full tensor gravity gradiometry data analysis and Euler deconvolution(2009) Roth, MatthiasThe Euler Deconvolution is a standard tool of the geophysical prospection. It is a semi automated process and supports the interpretation of magnet field data, gravimetry data or gravity gradiometry data. It is used to estimate the location of the source of a magnet field anomaly or a gravity field anomaly. The obtained location is equivalent to a potential resource (e. g. petroleum, gas, ore, salt etc.) Although gravimetry data or gravity gradiometry data are used in geodesy frequently this method did not attract much interest in this branch of science. For this study thesis a real marine full tensor gravity gradiometry data set is given. The data set was recorded by Bell Geospace. The gravity gradiometer was mounted on a ship. The measurement area lies between the Shetland Islands and the Faroe Islands. This area was chosen for the measurements because of the basalt formations there. For geodesists the accuracy of data is of great interest. Therefore in a first step these data is run through an accuracy analysis. After the introduction of the theory of the Euler Deconvolution and its testing on synthetic data the Euler Deconvolution is carried out on the data set. The analysis of synthetic data shows that the Euler Deconvolution is suited to detect the location of a mass anomaly. If multiple mass anomalies are to be detected these mass anomalies must have a certain distance for this method to function reliably. If the distance between mass anomalies is too small the Euler Deconvolution tends to give false mass locations. In spite of the big noise on the gravity gradient data the Euler Deconvolution still shows to be useful on the real data set.Item Open Access Java-Applet zur Visualisierung der Erdorientierung(2009) Dünkel, AldemarIn Folge planetarer und lunisolarer Gravitation sowie terrestrischer Massenverlagerungen unterliegt die Orientierung der Erdrotationsachse ständiger Veränderung. Ihre Haupteinflussgrößen Präzession, Nutation, Rotation und Polbewegung bilden die grundlegende Thematik vorliegender Arbeit und erfahren auf zweierlei Weise Zuwendung: Zunächst werden die physikalischen Grundlagen der oben genannten Effekte dargestellt. Anschließend folgt die Vorstellung von Konventionen sowie eines vereinfachten Modells zur Berechnung der Erdorientierungsparameter. Der schriftliche Teil dieser Arbeit mündet schließlich in der Erläuterung der Software-Komponente, welche die Erdorientierung anhand eines Java-Applets visualisiert. Dieses zeigt Animationen der geometrischen Zusammenhänge der Erdorientierung sowohl in zwei als auch in drei Dimensionen und liefert seinem Anwender vielerlei Steuerungsmöglichkeiten.Item Open Access On the treatment of the geodetic boundary value problem by means of regular gravity space formulations(2009) Austen, Gerrit; Keller, Wolfgang (Prof. Dr. sc. techn.)The aim of this thesis is to present an alternative for the solution of a fundamental problem of geodesy. This problem, the so-called classical geodetic boundary value problem, comprises the determination of the figure of the Earth as well as the recovery of the Earth's gravity field in the exterior of the terrestrial masses. Already in 1849, G.G. Stokes addressed the problem of finding the Earth's gravity potential together with the physical shape of the Earth, i.e. the geoid. Later on in 1962, M.S. Molodensky proposed his famous theory for the direct gravimetric determination of the Earth's topographical surface along with the external gravity potential. Both approaches solve the initially nonlinear free boundary value problem, which implies considerable mathematical difficulties in the investigation of its existence and uniqueness properties, by means of a twofold linearization strategy. For this purpose, adequate approximations for the solution of the physical problem component, i.e. the determination of the gravity field, and for the geometrical part, i.e. the determination of the shape of the Earth's body, must be assumed. In detail, a normal potential to approximate the true potential as well as a reference surface for the geoid or the topography is required. In 1977, F. Sansò found an elegant approach to solve the geodetic boundary value problem by transforming it from the ordinary or geometry space into a dual space. This auxiliary space is generally referred to as gravity space. F. Sansò's break-through idea is based on the application of Legendre's transformation, a member of the family of contact transformations, to obtain the corresponding boundary value problem in the newly introduced gravity space. In contrast to the conventionally treated problem, the boundary value problem in gravity space relies on a fixed boundary. Naturally, such a situation is preferable from the mathematical point of view. Remaining only is the necessity to find a suitable linearization procedure for the gravity potential determination. Nevertheless, F. Sansò's transformed problem still suffered from a distinct singularity at the origin. Due to this reason, W. Keller encouraged the use of a modified contact transformation in 1987, which provided a fixed boundary value problem in gravity space free of any singularities. Moreover, W. Keller's revised theory succeeded to also overcome several other shortcomings of F. Sansò's gravity space transformation. Thus, in the framework of this work the terminology regular gravity space formulations is applied for the newly elaborated class of gravity space approaches related to the methodology pioneered by W. Keller. Indeed, W. Keller's concept additionally benefits from the fact that in its linearized version the resulting boundary value problem in dual space is analogous to the one of the simple Molodensky problem, which results within the scope of the classical solution procedure. This agreement clearly allows for making further use of all computing tools currently available for the well-established procedure of solving the classical Molodensky problem. It remains an open question why the regular gravity space concept has not yet been implemented numerically despite its obvious conceptual advantages. Hence, after setting the classical theory, F. Sanò's approach and the two new regular formulations in contrast with each other, thereby introducing the basic theoretical principles and discussing the benefits and drawbacks of the particular methods, this work aims for the first time at the systematic numerical implementation still outstanding for the latest two regular approaches. In particular, the dissertation aims to examine the suitability of using a more sophisticated linearization process. Following the familiar example of the Somigliana-Pizzetti type of normal potential, the application of an ellipsoidal normal potential or, more precisely, spheroidal normal potential is intended for the linearization procedure. The key questions to be answered are whether the overall formulae work and, in particular, the mathematical structure of a simple Molodensky problem can be preserved and whether introducing a spheroidal linearization point is also numerically advantageous. In summary it can be stated that the present work not only attends at length to the central issues of solving the well-known geodetic boundary value problem analytically but also provides a set of applicable numerical methods. The conducted numerical experiments document the successful accomplishment of the intended proof of concept for the approaches devised in regular gravity space. All the same, it should be pointed out that the focus of the thesis has been rather on the expansion of the theory of the geodetic boundary value problem than on the refinement of the already existing computational tools.Item Open Access Rekonstruktion ehemaliger danubischer Landschaften und rheinische Abtragungsleistung im Zeitraum von einer Million Jahren : eine Modellierung und Berechnung am Beispiel von zwei süddeutschen Flusssystemen(2009) Strasser, Annette; Seyfried, Hartmut (Prof. Dr.)In Ostwürttemberg gibt es ausgedehnte Reliktflächen einer alten Landschaft, welche seit dem späten Obermiozän von der Donau bzw. ihren Zubringern gestaltet wurde. Weite Teile dieser alten Landschaft wurden durch rheinische Flüsse, die größtenteils der Orientierung der ehemaligen Donau-Zuflüsse folgten, erodiert. Die heutige Landschaft im Raum Geislingen an der Steige und Aalen ist wegen der danubischen Reliktflächen und ihrer Sedimente ein ideales Arbeitsgebiet zur Rekonstruktion ehemaliger danubischer Talböden und zur Modellierung und Berechnung von Landschaftsveränderungen über Zeiträume von mehreren 100 ka bis zu einer Million Jahren. Auf der Grundlage eines erstellten hochgenauen digitalen Höhenmodells (DHM) mit 5 m Auflösung wurden im Raum Geislingen und Aalen danubische Paläotäler rekonstruiert. Im Leintal bei Aalen konnte zusätzlich aus der Differenz zwischen der alten danubischen Landoberfläche und der heutigen Landschaft die Gesamterosionsleistung des rheinischen Systems berechnet werden. Im Arbeitsgebiet bei Geislingen a. d. Steige entspringt 15 km nördlich von Geislingen die Lauter, ein Nebenfluss der Fils. Entlang ihres Oberlaufs kann man auf beiden Talseiten in einer Höhe von 70 m Reste eines pliozänen Talbodens bis nach Treffelhausen verfolgen. Südlich von Treffelhausen wird dieser Talboden von der Eyb zerschnitten. Vom Spätpliozän bis zum Beginn des Pleistozäns wurde dieses Talniveau von einem Vorgänger der Eyb, der Ur-Eyb, gebildet. Mit dem digitalen Höhenmodell wurden die noch existierenden danubischen Oberflächenformen über Geländeschnitte und Hangneigungskarten numerisch analysiert. Es war eine exakte Abgrenzung zwischen den danubischen und rheinischen Tälern möglich. Der Übergang von danubischen zu rheinischen Talformen bewegt sich innerhalb einer horizontalen Distanz von 8 – 10 m. Das danubische Hangspektrum des Ur-Eybtals reicht von >0 – 4% für den Talboden und von 4–25 % für die Talhänge. Im Gegensatz dazu besitzen die rheinischen Täler Werte zwischen 2 und 180 %. Aus den danubischen Oberflächenparametern und aus dem ermittelten Paläogefälle der Ur-Eyb konnte durch Reinterpolation des DHM der ehemalige pliozäne Talboden rekonstruiert werden. Ein Knickpunkt im ermittelten Paläogefälle weist auf eine letzte Hebungsphase auf der Ostalb während des Pliozäns hin. Im Arbeitsgebiet zwischen Aalen, Abtsgmünd und Schorndorf sind entlang des Leintals die jüngsten Sedimente (Goldshöfer Sande) der danubischen Entwässerung aufgeschlossen. Dieses danubische Flusssystem wurde im Mittelpleistozän von Zuflüssen des Rheins angezapft. Anhand der Basishöhen der Goldshöfer Sande konnte das Paläogefälle der Ur-Lein ermittelt werden. Mit einer Digitalisierung des Paläogefälles als Bruchkante im DHM und einer Reinterpolation der bestehenden Datenpunkte wurde der danubische Talboden der Ur-Lein rekonstruiert. Subtrahiert man das DHM der heutigen Landschaft von dem der Paläolandschaft, so erhält man 1.39 km3 Gesteinsvolumen, das durch die Lein seit der rheinischen Anzapfung erodiert wurde. Über einen Zeitraum von 700 bis 600 ka gerechnet, in der die rheinische Erosion in diesem Gebiet aktiv ist, ergibt sich eine durchschnittliche Erosionsrate im Haupttal der Lein von 63 bis 74 mm/ka. Die berechnete Erosionsrate im Leintal liegt über der Durchschnittsrate heutiger Flüsse in Südwestdeutschland. Sie reflektiert den klimatischen Einfluss starker und häufiger Temperaturschwankungen und der damit verbundenen Oberflächenprozesse während der Kaltzeiten und während des Übergangs von Kalt- zu Warmzeiten im Mittel- und Spätpleistozän. Reine Nettowerte für die Kalt- und Übergangszeiten des Mittel- und Oberpleistozäns weisen mit 66 bis 77 mm/ka auf eine bis zu 3-mal höhere Erosionsleistung als im Holozän oder in den Warmzeiten hin. Vergleicht man die Einschneidungsrate innerhalb des danubischen Systems mit der Rate seit der Aktivität des rheinischen Systems, so wird der Einfluss der Flussanzapfung auf die Erosion deutlich. Der Wechsel vom danubischen in das rheinische System konnte in diesen Zeiten klimatisch kontrollierter erhöhter Erosion im Mittelpleistozän die Einschneidung maximal um das Fünffache beschleunigen. Bei der Berechung von Erosionsraten über digitale Höhenmodelle muss eine Volumenkorrektur hinsichtlich der Waldflächen und der abgetragenen Sedimentdecken durchgeführt werden. Eine Unterschlagung des abgetragenen Sedimentvolumens der Goldshöfer Sande und der nicht korrigierten Waldflächen hätte bei der Berechung der Erosionsrate eine Abweichung von 23 % verursacht und die Rate auf 49 – 57 mm/ka verringert, wobei schon allein das Sedimentvolumen eine Abweichung von 20,5 % bewirkt und die Rate auf 50 – 59 mm/ka senkt. Das numerisch ermittelte Volumen der Waldflächen hingegen macht im Leintal lediglich eine Abweichung von 2,5 % aus.