Geodynamische Modellierung des Zusammenhangs zwischen Subduktion unter Südamerika und Plumes und Flutbasaltprovinzen im Südatlantik, unter Berücksichtigung seismologischer Daten

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Bernhard Steinberger
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 172558136

Mehrere hotspots im Südatlantik liegen über dem Rand der afrikanischen Large Low Shear Velocity Province (LLSVP) im untersten Erdmantel . Darunter zeigt Tristan da Cunha viele Charakteristiken eines klassischen Hotspots (aktiver Intra-Platten-Vulkanismus; Vulkankette, wobei das Alter der Vulkane mit dem Abstand zu Tristan zunimmt; assoziiert mit Flutbasalt). Tomographiemodelle haben in dieser Region keine ausreichende Auflösung, um Plume Conduits abzubilden. Jedoch gibt es eine zunehmende Anzahl seismischer Beobachtungen, die auch innerhalb des SPP SAMPLE gemacht wurden, und die mit Hotspot-Vulkanismus und dessen möglichen Ursprüngen im tiefen Mantel in Zusammenhang gebracht werden können. Geodynamische Modelle können erklären, wie sinkende Slabs eine chemisch unterschiedliche und schwerere Schicht im tiefen Erdmantel in zwei grosse Regionen oberhalb der Kern-Mantel Grenze zusammenschieben, die in Position und Form den LLSVPs ähneln. In diesen Modellen schieben die Slabs heißes Material der thermischen Grenzschicht entlang der Kern-Mantel Grenze zu den Rändern dieser Regionen, wo es aufzusteigen beginnt - zunächst wie eine Wand, die sich dann höher im Mantel in individuelle Plumes aufspaltet. Die Modellergebnisse zu diesen Prozessen hängen von mehreren Parametern ab, die nur ungenau bekannt sind, wie die höhere Dichte des chemisch abweichenden Materials über der Kern-Mantel Grenze, der Temperaturzunahme sowie Viskositätsabnahme in der thermischen Grenzschicht. Weiterhin werden die Stellen wo heißes Material aufzusteigen beginnt, die Tiefe in der sich die aufsteigende Wand in einzelne Plumes aufspaltet, sowie die Dicke, und Anzahl der Plume-Kanäle von diesen Parametern bestimmt. In diesem Projekt sollen neue seismologische Beobachtungen, insbesondere jene, die innerhalb des SPP SAMPLE gemacht wurden, dazu verwendet werden, das Modell zu kalibrieren, und dadurch die Modellparameter besser zu bestimmen. Dies liefert auch Feedback an die Seismologen, indem es Interpretationen ihrer Beobachtungen bietet, und so diese in einen größeren geodynamischen Kontext einbezieht. Das Projekt soll helfen zu verstehen ob die Lage, zeitliche Entwicklung und Menge des Plume-Vulkanismus im Südatlantik seit dem Mesozoikum sich zwangsläufig aus der Geometrie der Subduktion unter Südamerika, und deren Wechselwirkung mit der Afrikanischen LLSVP ergibt, oder ob, und zu welchem Grad die genaue Lage, Menge und zeitliche Entwicklung vom Zufall oder kleinskaligen Konvektionsprozessen im oberen Mantel bestimmt ist.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1375: SAMPLE: South Atlantic Margin Processes and Links with onshore Evolution
• Internationaler Bezug: Niederlande, Norwegen, USA
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Wolfgang Bangerth; Professorin Dr. Karin Sigloch; Professor Dr. Wim Spakman; Professorin Dr. Christine Thomas; Professor Dr. Trond H. Torsvik; Professor Dr. Michael Weber; Dr. Xiaohui Yuan