Analyse von Strain-Tilt Kopplung in Eigenschwingungsspektren des 2004 Sumatra Bebens
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Motiviert durch die Beobachtung von Amplitudenverfälschungen in den Eigen-chwingungsspektren des Sumatrabebens, welche in Spektren der am BFO aufgezeichneten horizontalen Bodenbeschleunigung nachgewiesen werden konnten, sollte versucht werden diese Amplitudenverfälschungen zu quantifizieren, und ein Korrekturverfahren zu entwickeln damit in Zukunft mit bereinigten Amplitudenspktren Rückschlüsse auf die heterogene Erdstruktur gewonnen werden kann. Durch die Eigenschwingungs- Untersuchungen von S. Lambotte et al. (2007) und die Gezeitenuntersuchungen von Lambotte et al. (2006) hat sich aber herausgestellt, dass die Amplitudenverfälschungen am BFO singulär gross sind und nur an einer Hand voll weiterer Stationen des Globalen Netzwerks nachgewiesen werden konnten. Der Fokus der Arbeit wurde deshalb weg vom BFO-spezifischen Hohlraumeffekt und hin zur heterogenen Erde gewendet. Da die Amplituden von Eigenschwingungsspektren gleichermassen vom Herdmechanismus und der heterogenen Struktur im Erdinneren abhängen wurden in einer ersten Untersuchung synthetische Eigenschwingungsspektren für bereits publizierte Herdmodelle berechnet und mit den Daten verglichen. Dabei haben die synthetics basierend auf dem detailierten Herdmodell von Rhie et al. (2007) am besten nachgebildet. Im Anschluß an diese erste Untersuchung haben wir uns auf die Signale der drei rezenten Megathrus-Beben konzentriert: Sumatra (Indonesien, 2004, Mw=9.2), Maule (Chile, 2010, Mw=8.8) und Tohoku-Oki (Japan, 2011, Mw=9.0). Eine Konzentration auf die nicht von Hohlraumeffekten kontaminierten Vertikalkomponenten hat sich aufgedrängt, da seit September 2009 am BFO ein Supraleitendes Gravimeter betrieben wird und dieses Eigenschwingungsspektren der Megathrust-Beben von höchster Güte geliefert hat. Da eine gleichzeitige Modellierung von Bebenherd und globaler heterogener Struktur zu komplex und zu anspruchsvoll für die verbleibende Zeit im laufenden Projekt waren, haben wir uns auf die Analyse der Frequenzen von 0S2 konzentriert, und von einer Modellierung von Amplituden und Phasen der fünf Singlets dieser Mode abstand genommen. Der Fokus auf diese eine Mode ist dadurch begründet, dass das Splitting dieser Mode stärker von der geodynamisch relevanten heterogenen Dichtestruktur beeinflusst wird als bei jeder anderen Sphäroidalmode. Wenngleich die Singletfrequenzen den Eigenwerten der sog. Splittingmatrix entsprechen, und Eigenwerte eine Tensorinvariante der Splittingmatrix sind, haben wir trotzdem versucht durch Vorwärtsmodellierung der Spektren Rückschlüße auf die langwellige Dichtestruktur im unteren Erdmantel zu gewinnen. Der Umstand, daß unsere Beobachtungsgrösse eine Tensorinvariante der Splittingmatix ist hat z.B. zur Folge, dass die heterogene Mantelstruktur um einen beliebigen Winkel um die Erdrotationsachse gedreht werden kann, ohne dass diese Änderung zu einer Änderung der Singlettfrequenzen führen würde. Für ein aus Laufzeiten von langperiodischen Raumwellen abgeleitetes Mantelmodell der P- und S-Wellengeschwindigkeiten konnte jedoch durch Vorwärtsmodellierung gezeigt werden, daß eine positive Korrelation zwischen Variationen der Scherwellengeschwindigkeit Vs und der Dichte von den von uns beobachteten Singletfrequenzen bevorzugt wird. Ein weiteres Ergebnis der Arbeit sind neue und verbesserte Schätzwerte für drei Multipletparameter von 0S2: die entartete Frequenz, der Gütefaktor und der Coriolis Splittingparameter. Alle drei konnten mit kleineren Fehlerbalken als in vorangehenden Studien geschätz werden und alle drei lieferen neue Randbedingungen für zukünftige Modelle der sphärisch gemittelten Erdstruktur.
