Kopplung der Dynamik von Erdkern und Mantel / Core-Mantle-Coup

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Peter Bunge, Ph.D.; Dr. Johannes Wicht
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521319093

Seit der Pionierarbeit von Glatzmaier et al. (1999) gehen wir davon aus, dass der Erdmantel den Geodynamo im Eisenkern der Erde wesentlich kontrolliert. Der mittlere Wärmefluss durch die Kern-Mantle-Grenze (KMG) sowie seine Breiten- und Längenabhängigkeit können die Magnetfeldstärke, seine Struktur, sowie seine Dynamik und die Häufigkeit von Umpolungen bestimmen. Wir schlagen vor, die neuen entscheidenden Fortschritte auf den Gebieten der Manteldynamik und von Dynamosimulationen zu nutzen, um den Prozess der Kopplung zwischen Kern und Mantel neu zu untersuchen. Dabei nehmen wir die letzten 100 Millionen Jahre in den Fokus. Die gut dokumentierte Abnahme der Umkehrrate von etwa 4 pro Millionen Jahre in der Jetztzeit bis zu dem Cretaceous Normal Superchron (CNS) mit seiner extrem geringen Rate liefert wichtige Informationen über die Dynamik des Kerns und des Mantels. Für die Simulationen der Mantelkonvektion werden wir state-of-the-art Techniken der Datenassimilation verwenden. Mit einer adjungierten Assimilation planen wir ein hochaufgelöstes Model mit 670 Millionen Gitterpunkten in der Zeit zurückzurechnen, um den KGM-Wärmefluss während der letzten 100 Millionen Jahre zu rekonstruieren. Geologic Daten über die Entwicklung der Topografie liefern wichtig Randbedingungen, um die Modellparameter für die Manteltrajektorie zu wählen. Neben isochemischen dynamischen Modellen mit einer pyrolitischen Zusammensetzung werden wir auch Modelle mit inhomogener Zusammensetzung untersuche, insbesondere um die großräumigen isolierten Mantelgebiete mit besonders geringen seismische Schergeschwindigkeiten abzubilden. Mit state-of-the-art Dynamosimulation bei verschiedenen Parametern werden wir den Einfluss der verschiedenen KMG-Wärmeflussmuster auf den Dynamoprozess untersuchen. In wie weit die rekonstruierten Mantelmodelle dann in den Dynamosimulationen die beobachteten Variationen der Umkehrrate hervorrufen lässt wichtige Rückschlüsse auf die Qualität der Mantel und der Kernmodelle zu. Ein Enträtseln wie der Mantel den Kerndynamo beeinfluss ebnet den Weg dazu, die reichen paleomagnetische Informationen für ein besseres Verständnis der Entwicklung der tiefen Erde zu nutzen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2404: Rekonstruktion der Dynamik des tiefen Erdinnern über geologische Zeiträume (DeepDyn)
• Internationaler Bezug: Australien
• Kooperationspartner: Dr. Sia Ghelichkhan