Die Deformation des Erdmantels unter den Alpen und die Physik der Subduktions-Polaritätsumkehr: Rückschlüsse aus thermomechanischen Modellierungen, seismischer Anisotropie und Wellenform-Modellierungen

• Antragsteller: Professor Dr. Georg Rümpker; Professor Dr. Harro Schmeling
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 363668545

Die enorme Menge hochwertiger seismologischer Daten, die durch das dicht-aufgestellte AlpArray Netzwerk verfügbar wird, in Kombination mit neuen geodynamischen Modellierungsansätzen eröffnet einmalige Möglichkeiten zum Testen von aktuellen Hypothesen zur tiefreichenden Dynamik kontinentaler Kollisionsvorgänge. Ein wesentliche ungeklärte Frage betrifft das Verständnis der Ursachen und Prozesse, die für eine mögliche Subduktions-Polaritätsumkehr unter den Ostalpen verantwortlich sind. Wir stellen die Hypothese auf, dass sich eine solche Umkehr nicht zufällig im Laufe der Plattentektonik ereignet, sondern sich direkt aus spezifischen physikalischen Bedingungen im Konvergenzbereich der tektonischen Platten ergibt. Diese Hypothese soll anhand von Untersuchungen zur Physik einer vorgegebenen oder sich selbstkonsistent entwickelnden Polaritätsumkehr und durch die Kombination von thermomechanischen Modellierungen mit seismologischen Ergebnissen zur Deformation des Erdmantels aus Beobachtungen und Modellierungen von Welleneffekten seismischer Anisotropie getestet werden.Aus seismologischer Perspektive ist die Bestimmung der Manteldeformation unter den Alpen mit Schwierigkeiten verknüpft, die sich aus dem möglichen Einfluss der Kruste auf die teleseismischen Wellenformen und durch die Tiefenabhängigkeit der anisotropen Strukturen im Erdmantel ergeben. Wir schlagen deshalb vor, diese Probleme durch eine Kombination verschiedener Verfahren zur Analyse des Scherwellensplittings zu lösen. Dabei sollen sowohl teleseismische XKS Phasen als auch konvertierte Ps Phasen von der Moho und anderen Diskontinuitäten des oberen Erdmantels ein detailliertes Abbild der Deformationsmuster des Erdmantels und der Kruste unterhalb der gesamten Alpinen Kollisionszone liefern. Krustenmächtigkeiten und Anisotropien innerhalb der Kruste werden dabei ebenfalls bestimmt. Im Hinblick auf die geodynamische Modellierung eines orogenen Lithosphären/Asthenosphären-Systems soll die Komplexität der zeitabhängigen thermochemischen Finite-Elemente und Finite-Differenzen-Modelle schrittweise erhöht werden (von 2D auf 3D) und visko-plastische Nicht-Newtonsche Rheologien, eine freie Oberfläche, Erosion und Sedimentation, sowie Erwärmung durch Dissipation etc. beinhalten. Dabei sollen auch konsistente Verfahren zur Bestimmung der Entwicklung einer bevorzugten Kristallausrichtung angewendet werden. Davon ausgehend sollen verschiedene Modelle für die seismische Anisotropie berechnet werden und als Testmodelle für den Vergleich mit seismologischen Beobachtungen und Modellierungen dienen. Zusätzlich liefern die thermomechanischen Modelle Ergebnisse bezüglich Topographie, Hebung und Absenkung, Hebungsraten und Spannungen, etc., die mit den Kooperationspartnern innerhalb des SPP MB-4D ausgetauscht werden sollen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2017: Gebirgsbildungsprozesse in 4-Dimensionen (4D-MB)