Intergrierte geophysikalische Modellierung der Zusammengehörigkeit der Kratone Afrikas und Süd-Amerikas

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Ebbing; Dr. Mikhail Kaban
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 336717379

In unserer geplanten Studie kombinieren wir Schwere-, seismische, geothermische und Mineralphysikalische Daten zu einer integrierten Untersuchung der kratonischen Lithosphärenstruktur in Zentral-Afrika und Süd-Amerika. Für beide Kontinente werden Kompositionsveränderungen vermutet, die mit dem tektonischen Alter der Lithosphäre korrelieren, und einen starken Effekt auf die beobachtbaren geophysikalischen Parameter wie seismische Geschwindigkeiten und Dichte haben sollten. Der Vergleich der beiden Kontinente erlaubt es die Ähnlichkeiten und Unterschiede in der geologischen Entwicklung der Kratone zu ergründen.Durch die Analyse einer einzelnen geophysikalischen Methode lassen sich jedoch die Rolle von Temperatur und Komposition auf Veränderungen der Parameter nicht genau unterscheiden. Dies gilt besonders für den oberen Mantel. Zudem überlagern flacherliegende Störkörper in der Kruste diese Strukturen und sind in den Daten nicht klar voneinander trennbar, speziell in Schweredaten. Für beide Regionen existieren jedoch seismische Krustenmodelle sowie seismologische Geschwindigkeitsmodelle des oberen Mantels, die in unserer Studie mit Gradienten des Schwerefeldes aus Satellitenmissionen kombiniert werden. Diese Gradientendaten der gerade beendeten GOCE Satellitenmission haben gegenüber konventionellen Schweredaten den Vorteil, dass sie speziell eine hohe Sensitivität für Störkörper bis ~100 km Tiefe besitzen, und somit ideal geeignet sind die Dichtestrukturen in der (unteren) Kruste und dem oberen Mantel abbilden zu können. Somit können diese neuen Daten auch verwendet werden um den Einfluss von Quellen in der Lithosphäre und der Sub-Lithosphäre besser zu trennen und im Schwerefeld zu unterscheiden. Die so berechneten langwelligen Restfelder der Schwere werden zum einen genutzt um den durch Mantelprozesse verursachten dynamischen Anteil an der Topographie und der Struktur des kratonischen Inneren, nämlich die Entwicklung von Sedimentbecken, abzuschätzen. Zum anderen werden die Ergebnisse genutzt um den Mantelfluss zu bestimmen. Hierzu werden die Temperaturvariationen in Viskositätsvariationen umgerechnet, während die Kompositionsänderungen die Antriebskräfte bestimmen. Die so berechneten Modelle für den Mantelfluss sind konsistent mit den Strukturmodellen und werden gemeinsam verwendet, um die Rolle von Kompositionsvariationen und alternative Vorstellungen auf Mantelflussmodelle abzuschätzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen