Abschätzung des Wassergehaltes des subduzierenden Mantels mit konvertierten seismischen Wellen
Mineralogie, Petrologie und Geochemie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt hatte die globale Abschätzung des Wassergehaltes der subduzierenden Lithosphäre in Subduktionszonen zum Ziel. Wasser das entlang der ozeanischen Tiefseegräben in die ozeanischen tektonischen Platten eindringt und mit ihnen durch Plattentektonik in den Erdmantel gezogen wird, spielt eine wichtige Rolle bei einer Vielzahl von Erdprozessen, wie dem Auftreten von Vulkanismus, dem tiefen Stoffkreislauf der Erde, oder der Entstehung von Erdbeben. Der Wassergehalt wurde hier qualitativ mit der Receiver Function Methode abgeschätzt, einem Verfahren, das aus den Seismogrammen von Erdbeben die in einer Entfernung von 3.000 – 10.000 km auftreten auf die Struktur und Zusammensetzung der Erde unterhalb einer seismischen Station schießen lässt. Zur Anwendung der Methode wurde zunächst ein Computerprogramm zur Modellierung der Streuung von seismischen Wellen in die moderne Programmiersprache Python übertragen. Dies ermöglichte eine Verzehnfachung der Rechengeschwindigkeit, die bessere Interpretierbarkeit der Receiver Function Abbildungen, sowie die Parallelisierung der Anwendung auf mehreren Prozessoren. Die Anwendung der Methode auf die erste Untersuchungsregion im nordamerikanischen Kaskaden Gebirge zeigte, dass die Struktur der subduzierenden Platte komplexer ist, als bislang angenommen. Aus diesem Grund konnte lediglich eine qualitative Abschätzung über das Vorhandensein oder die Abwesenheit von Wasser im subduzierenden ozeanischen Mantel unterhalb von 37 Stationen entlang des Küstentieflandes getroffen werden. Es zeigte sich, dass ein hydratisierter ozeanische Mantel sowohl mit dem Auftreten von mitteltiefer Seismizität korreliert, als auch mit dem Verlauf von Bruchzonen in der ozeanischen Platte. Dies legt nahe, dass das Wasser durch die Bruchzonen ins Innere des Mantels vordringen kann, und im Zuge der Subduktion mitteltiefe Seismizität verursacht. Im weiteren Verlauf konzentrierte sich das Projekt auf die detaillierte Strukturabbildung der subduzierenden Platte im Kaskadengebirge. Die Erweiterung des Untergrundmodells auf Beobachtungen von 298 seismischen Stationen, auch mit geringerer Datenqualität, ergab ein ein detailliertes, zweischichtiges Strukturmodell der unter Nordamerika subduzierenden Juan de Fuca Platte. Das Modell zeigt, wie sich Material von der Oberseite der ozeanischen Platte an die Basis der darüber liegenden kontinentalen Nordamerikanischen Platte anlagert. Dieser Prozess steht vermutlich mit dem Auftreten von episodischen Tremor- und Versatz-Ereignissen in Zusammenhang. Das Modell zeigt auch, wie die Lage einer elastisch steifen basaltischen Provinz innerhalb der kontinentalen Kruste die subduzierende Platte verformt. Die Abbildung der Plattengrenze und der ozeanischen Moho lässt sich mit denen von Reflexionsseismischen Messungen vom ozeanischen Schelf verbinden. Das neue Strukturmodell liefert damit einen Beitrag zur Charakterisierung der Bruchfläche eines möglichen zukünftigen Magnitude 9 Erdbebens, das sich an der Nordamerikanischen Westküste ereignen kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Estimating the amount of hydration of the subducting oceanic mantle using receiver function data. AGU Fall Meeting Abstracts. T25C-0178.
Bloch, W.; Bostock, M. G.; Audet, P. & Brownlee, S.
-
PyRaysum: Software for modeling ray-theoretical bodywave propagation. Zenodo
Audet, P. & Bloch, W.
-
A Cascadia Slab Model From Receiver Functions. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 24(10).
Bloch, Wasja; Bostock, Michael G. & Audet, Pascal
-
PyRaysum: Software for Modeling Ray-theoretical Plane Body-wave Propagation in Dipping Anisotropic Media. Seismica, 2(1).
Bloch, Wasja & Audet, Pascal
