Retrodiktions-Ergebnis geodynamischer Erdmodelle von Zwillingsexperimenten die Modell-Inkonsistenzen und Auflösungsfehler des Endzustandes beinhalten

• Antragsteller: Professor Hans-Peter Bunge, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412338397

Die adjungierte Methode ist ein effizientes Verfahren, um Fliesszustände eines Mantelkonvektionsmodells aus der Kenntnis des Endzustands rückwärts in die Zeit zu rekonstruieren. Angewandt auf den Erdmantel böte sich damit die vielversprechende Möglichkeit, zeitliche Trajektorien eines Erdmodells zu konstruieren, und darin viele der oft nur ungenau bekannten Modellparameter und Approximationen mit Hilfe geophysikalischer und geologischer Beobachtungen zu testen. Auf theoretischer Ebene haben sich Studien zur adjungierten Methode in der Geodynamik allerdings bisher darauf beschränkt, die Konvergenz und Eindeutigkeits Eigenschaften des Verfahrens nur unter der (unrealistischen) Annahme zu untersuchen, dass Modellparameter und Endzustand des Systems fehlerfrei bekannt sind. Ziel dieser Studie soll es sein, das Verständnis zur Leistungsfähigkeit des adjungierten Verfahrens in der Mantelkonvektion grundlegend zu verbessern, und die bisher zu restriktiven Annahmen um die Effekte von fehlerbehafteten Modellparametern und Endzustand zu erweitern. Dazu schlagen wir eine systematische Studie mit sogenannten Zwillingsexperimenten vor, wobei relativ zu einem Referenzmodell die ungenau bekannten Inversionsparameter (z.B. Rheologie oder chemische Anomalien, sowie die Effekte des seismischen Filterns, also des ungenau bekannten Endzustands) im Zwillingsmodell variiert werden. Durch Vergleich des Inversionsresultats zum Referenzmodell lassen sich die Störeffekte und deren zeitliche Entwicklung aus spektralen Korrelationen und Analysen des Lyaponow Exponenten quantifizieren. Die vorgeschlagenen Arbeiten beinhalten die Herleitung eines neuen Systems von adjungierten Gleichungen für thermo-chemische Konvektion, was in sich einen wichtigen Fortschritt darstellen würde.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen