Exhumierte Hochdruck-Einheiten als Schlüssel zum Verständnis geophysikalischer Abbildungen von lithosphärischen Slabs

• Antragsteller: Professor Dr. Mark R. Handy; Professor Dr. Timm John; Professor Dr. Boris J.P. Kaus; Dr. James Mechie; Dr. Jan Pleuger; Professor Dr. Frederik Tilmann; Dr. Xiaohui Yuan
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 365204690

Eines der zentralen Ziele von 4D-MB ist es, die Oberflächengeologie mit der Tiefenstruktur der Alpen zu verknüpfen. Die Tiefenstruktur entzieht sich direkter Beobachtung, wird aber mittels der Ausdehnung und Stationsdichte des seismischen AlpArray-Netzwerks in nie zuvor da gewesener Auflösung räumlich abgebildet werden (SWATH D). Geophysikalische Abbildungen werden aber im geologischen Sinne erst interpretierbar, wenn ein petrophysikalisches Modell der Gesteinstypen und -strukturen existiert. Seismische Daten und plattentektonische Rekonstruktionen zeigen, daß sich unter den Alpen subduzierte kontinentale Kruste befindet. Im kleinen Maßstab hängen seismische Gesteinseigenschaften von Änderungen des Mineralbestandes unter sich ändernden Druck-, Temperatur- und Fluid-Bedingungen, Gefügeänderungen durch Verformung (z. B. Mylonitisierung hervorgerufene Anisotropie) oder einer Kombination davon ab. Die Verteilung stark und schwach verformter Gesteine und/oder wechselnde Mineralparagenesen bestimmen daher das großmaßstäbliche Muster, wie sich in gegenwärtig unter den Alpen subduzierter Kruste die seismischen Geschwindigkeiten ändern. Diese können nur durch Vergleich mit an der Oberfläche zugänglichen Hochdruck- (HP) und Ultrahochdruck- (UHP) Gesteinen quantifiziert werden. Im Sinne der zentralen Ziele von 4D-MD planen wir, in drei Arbeitspaketen (WP) zugleich die tektono-metamorphe Entwicklung und die seismischen Eigenschaften von (U)HP-Einheiten zu untersuchen. Wir werden ihre Geometrien erfassen und die Kinematik während ihrer Versenkung und Exhumierung rekonstruieren und numerisch modellieren (WP1). Aus der Kombination dieser und an (U)HP-Gesteinen gewonnener petrophysikalischer Daten werden wir synthetische seismische Bilder für subduziertes kontinentales Grundgebirge in verschiedenen Versenkungstiefen modellieren (WP2). Diese synthetischen Bilder werden dann verglichen mit den tatsächlichen seismischen Abbildungen alpiner Lithosphärenslabs, die von SWATH D in gegenüber bisherigen seismischen Netzwerken fast zehnfacher Dichte abgedeckt werden (WP3). Mit diesem interdisziplinären Ansatz wollen wir Aussagen über den Zustand der kontinentalen Kruste ableiten, die gegenwärtig unter den Alpen (U)HP-Bedingungen erfährt. Vor allem wollen wir den Einfluß der Deckenbildung und Fluid-Gesteins-Wechselwirkungen auf Veränderungen der Mineralparagenesen und wiederum deren Einfluß auf die Sichtbarkeit von Tiefenstrukturen in seismischen Abbildungen verstehen. Indem wir diese Schlüsselfragen mit kinematischen, petrophysikalischen und seismologischen Ansätzen bearbeiten, können wir die Möglichkeiten, aber auch Beschränkungen, seismologischer Verfahren zur Abbildung krustenmaßstäblicher Strukturen in Manteltiefe ausloten. Das eröffnet die Möglichkeit, zu einer 4D-Interpretation der gewonnen geophysikalischen Daten zu gelangen und somit in größerem Umfang als bisher Daten aus unzugänglichen Mantelniveaus in geodynamische Modelle der Alpen einzubeziehen.

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