MagmaKammern: Auflaständerungen als Top-Down-Kontrolle des Magmareservoirs

• Antragstellerin: Professorin Eleonora Rivalta, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324901496

In diesem Projekt werden wir aufklären, wie die Gestalt eines Vulkans (Stratovulkan vs. Caldera) und seine Wachstumsgeschichte die Tiefe und den Bau von Magmaspeichern beeinflussen. Wir werden Magmaaufstiegsgänge in der Erdkruste mittels numerischer und analoger Modelle simulieren. Frühere Studien zeigten, dass die Auflast eines vulkanischen Gebäudes die Hauptspannungen in der Erdkruste dreht, wodurch sich aufsteigende magma-gefüllte Risse unterhalb der Vulkangebäude ansammeln. Ereignisse an der Oberfläche, die zu einem Verlust von Auflast führen (wie z.B. die Bildung einer Caldera) verursachen eine Defokussierung der aufsteigenden magma-gefüllte Risse, die stattdessen abseits des Vulkans ausbrechen. Dazu werden wir das schrittweise Wachstum einer Magmakammer unter einem Stratovulkan und unterhalb einer Caldera in verschiedenen tektonischen Umgebungen simulieren. Wir werden untersuchen, wie die verschiedenen Vulkanformen und typische Entwicklungszyklen der Auflast die schrittweise Ansammlung von Magma in Speicherkammern beeinflussen. Wir werden die Modellergebnisse mit Beobachtungen vergleichen, einschließlich Beobachtungen aus Krustendeformation, Seismologie, Magnetotellurik und Petrologie.Zu diesem Zweck werden wir den Aufstieg von aufeinanderfolgenden magma-gefüllten Rissen simulieren. Wir werden die Interaktionen zwischen Riss und Reservoir sowie der Risse untereinander berücksichtigen und auch die Spannungen tektonischer Art sowie aufgrund von Auflast einbeziehen. Sind die Risse weit noch vom Magmaspeicher entfernt, dominieren Auflast und tektonische Spannungen. Nähern sich die Risse die Speicherzone, nehmen die durch den Magmakörper induzierten Spannungen zu und der Aufstiegspfad der Magmagänge verschiebt sich in Richtung Magmakörper. Wechselwirkungen zwischen aufsteigenden Gängen und Einfluss der Auflast wurden in der Vergangenheit separat, aber noch nicht gemeinsam untersucht. Die Entstehung von Magmareservoiren wurde bereits im Hinblick auf ihre Petrologie, Geochemie, Wärmeentwicklung und Gesteinsrheologie untersucht, aber noch nicht auf Mechanik und Spannungsverhalten. Studien der Krustendeformation zeigen jedoch im allgemeinen, dass die Auflast eine starke Kontrolle über Form und Tiefe der Magmasspeichersysteme haben könnte: Magmareservoire unterhalb von Calderas sind normalerweise flach ausgebildet, wohingegen Reservoire unterhalb von Stratovulkanen eher eine vertikale Ausdehnung aufweisen. Mit unseren Simulationen werden wir den Kern dieses Problems angehen. Wir werden unsere neuen Modelle der Stratovulkane und Calderas auf verschiedene tektonische Umgebungen anwenden, um Modellergebnisse mit Beobachtungen zu vergleichen. Unser Projekt wird eine neue Perspektive auf die Erforschung von Magmareservoiren eröffnen: die Top-Down-Kontrolle der Auflaständerungen auf Form und Tiefe der Magmaspeicher.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Torsten Dahm