Elektrische Leitfähigkeit des Island Plumes - Auswertung und Interpretation langperiodischer magnetotellurischer Messungen
Final Report Abstract
Um zu untersuchen, ob und unter welchen Umständen es möglich ist, einen Mantelplume unter Island mit der Methode der Magnetotellurik verlässlich zu detektieren, wurden verschiedene 3D-Vorwärtsmodelle für langperiodische MT-Daten analysiert. Der verwendete Periodenbereich lag bei 10–50000 s. Die Modelle berücksichtigten neben den tieferen Leitfähigkeitsstrukturen auch die Bathymetrie um Island. Insbesondere der flache Shelfbereich wurde näherungsweise modelliert. Strukturen, die die Erkennung des Mantelplumes in den MT-Übertragungsfunktionen erschweren können, sind zum einen gut leitende Zonen im Bereich der Kruste sowie der Küsteneffekt. Geodynamische 3D-Modelle lieferten Temperatur- und Schmelzverteilungen, die in elektrische Leitfähigkeiten umgerechnet und in MT-Modelle eingebettet wurden. Zu weiteren Analyse wurden MT-Modelle ohne Plumeeffekte und solche, die zusätzlich eine gutleitende Zone im Krustenbereich enthalten, berechnet. So konnten in den betrachteten Modellantworten die einzelnen Strukturen besser zugeordnet werden. Als Vergleichsparameter dienten scheinbare spezifische Widerstände und Phasen sowie die räumliche Verteilung der Werte der Invarianten nach Weaver und der Phasentensoren. Bei allen Modellen war ein deutlicher Küsteneffekt sichtbar. In Abhängigkeit vom betrachteten Modell war dieser auf der Insel auch in 20–50km Entfernung von der Küste deutlich in den verschiedenen Parametern erkennbar. Die aus den Invarianten nach Weaver und den Phasentensoren bestimmte Dimensionalität der synthetischen Daten hing größtenteils ebenfalls mit dem Verlauf der Küsten und der Bathymetrie zusammen. Hier zeigten die Daten starke 2D- und 3D-Effekte, letztere erwartungsgemäß in den “Modellecken”. Die verschiedenen Modellierungen machten deutlich, dass der Plume im geodynamischen Referenzmodell mit maximal 1% Schmelzanteil nur sehr schlecht mit der MT aufgelöst werden kann. Ein weiteres Problem ist die relativ geringe laterale Ausdehnung des Bereichs hoher Leitfähigkeit. Insbesondere unter Berücksichtigung des Krustenleiters liegen die Effekte des Plumes im Bereich der Messfehler bei realen Daten. Erst bei 3% Schmelzanteil im Plume ergeben sich Charakteristiken in den Sondierungskurven, die eindeutig dem Plume zugeordnet werden können. Diese Aussagen stellen auf der einen Seite klare Einschränkungen für künftige MT-Messungen dar. So sollten Gebiete ausgewählt werden, in denen die gut leitenden Krustenstrukturen möglichst schwach ausgeprägt sind. Auch sollten Messpunkte vermieden werden, die durch starke 3D-Effekte beeinflusst sind.
Publications
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Dynamics and melting of a ridge-centered plume with application to Iceland, part II: Predictions for electromagnetic and seismic observables, Geophys. J. Int. 159, 1097-1111, 2004
Kreutzmann, A., Schmeling, H., Junge, A., Ruedas, T., Marquart, G., Bjarnason, I.
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Interpretation magnetotellurischer Messungen auf Island und 3D-Modellierungen des Island-Plumes, Dissertation, Goethe-Universität Frankfurt am Main, 2014
Niederhöfer (geb. Kreutzmann), A.
